DIOGO XAVIER DE NORONHA. EscapeLab: um objeto virtual de aprendizagem para o ensino de química utilizando Unity 3D

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EscapeLab: um objeto virtual de aprendizagem para o ensino de química utilizando Unity 3D

BAMBUÍ-MG 2019

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Monografia apresentada ao curso de Engenharia de Computação do Instituto Federal de Minas Gerais - Campus Bambuí como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Computação. Orientador: Prof. Me. Gabriel da Silva

Coorientadora: Profa. Dra. Vássia Carvalho Soares

BAMBUÍ-MG 2019

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ensino de química utilizando Unity 3D. / Diogo Xavier de Noronha. – 2019.

55 f.; il.: color.

Orientador: Prof. Me. Gabriel da Silva.

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) - Instituto Federal de

Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais – Campus Bambuí,

MG, Curso Bacharelado em Engenharia de Computação, 2019.

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Monografia apresentada ao curso de Engenharia de Computação do Instituto Federal de Minas Gerais - Campus Bambuí como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Computação. Orientador: Prof. Me. Gabriel da Silva

Coorientadora: Profa. Vássia Carvalho Soares

Aprovada em ___/___/______

_________________________________________________________________ Prof. Me. Gabriel da Silva (Orientador – IFMG/Campus Bambuí)

_________________________________________________________________ Profa. Dra. Vássia Carvalho Soares (Coorientadora – IFMG/Campus Bambuí) _________________________________________________________________

Prof. Dr. Marcos Roberto Ribeiro (IFMG/Campus Bambuí)

_________________________________________________________________ Prof. Me. Samuel Pereira Dias (IFMG/Campus Bambuí)

BAMBUÍ-MG 2019

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À minha mãe, por estar sempre ao meu lado, independentemente dos meus erros, e ao meu pai, que faleceu nesse percurso, mas que sempre apoiou minhas decisões.

Ao meu orientador, Gabriel da Silva, e à minha coorientadora, Vássia Carvalho Soares, pela paciência e dedicação.

Aos professores do IFMG – Campus Bambuí, por terem me instruído tanto e me auxiliado nas dificuldades.

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ensino de química utilizando Unity 3D. Bambuí: IFMG Campus Bambuí, 2019. 55 p.

A dificuldade no aprendizado de química, assim como das demais ciências exatas no ensino médio, tem representado um obstáculo na formação dos alunos e se enquadra entre os principais motivos de evasão nos cursos superiores. Para tentar quebrar este paradigma, uma maneira que tem se mostrado viável é o uso de objetos de aprendizagem, físicos ou virtuais. Acredita-se que a aplicação, pedagogicamente adequada, dessas ferramentas possa ampliar a prática docente, promovendo mudanças significativas na ação do professor em sala de aula. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um objeto virtual de aprendizagem para o ensino de química feito em Unity3D, em conjunto com os softwares de modelagem e animação Blender e MakeHuman. A modelagem do software foi feita utilizando UML, e a programação foi desenvolvida em C#, com o uso de MonoDevelop. Foi implementado um jogo de escape onde a personagem deve se mover pelos ambientes do jogo e solucionar quebra-cabeças relacionados ao conteúdo de química abordado, com a finalidade de estimular a aprendizagem do usuário.

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teaching developed on Unity3D. Bambuí: IFMG Campus Bambuí, 2019. 55 p.

The difficulty in learning chemistry, as well as other exact sciences in high school, has represented an obstacle in the education of the students and is among the main reasons for evasion in higher education. To try to break this paradigm, one way that has proven viable is the use of learning objects, physical or virtual. It is believed that the pedagogically appropriate application of these tools can enlarge the teaching practice, promoting significant changes in the teacher's action in the classroom. This work presents the development of a virtual learning object for chemistry teaching done on Unity3D, together with animation and modeling softwares Blender and MakeHuman. The software modeling was done using UML and the programming was developed in C # with the use of MonoDevelop. An escape game was implemented where the character must move through the game environments and solve puzzles related to the chemistry content approached, in order to stimulate the user's learning. Keywords: Ludic in learning; Game engine; Games development.

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Figura 1: Modelo da personagem...21

Figura 2: Diagrama do modelo em espiral...23

Figura 3: Esquema do cenário...26

Figura 4: Exemplo de quebra-cabeça...27

Figura 5: Primeiro ambiente e exemplo de texto de contextualização...28

Figura 6: Laboratório...29

Figura 7: Banheiro...29

Figura 8: Almoxarifado...29

Figura 9: Cozinha...29

Figura 10: Jogo dos tubos de ensaio...30

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1 INTRODUÇÃO ... 10

1.1 Objetivos geral e específicos ... 10

1.2 Justificativa ... 11

1.3 Estrutura ... 11

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 12

2.1 Objetos virtuais de aprendizagem ... 12

2.2 Jogos no aprendizado ... 13

2.3 A química lecionada nas escolas ... 14

2.4 Desenvolvimento de jogos ... 14 2.5 Ferramentas utilizadas ... 15 2.5.1 Unity3D e MonoDevelop ... 15 2.5.2 Blender ... 16 2.5.3 Gimp ... 17 2.5.4 UML ... 17 2.6 Estado da arte ... 18 3 METODOLOGIA ... 19 3.1 Classificações da pesquisa ... 19

3.2 Fundamentação e limitação do conteúdo de química abordado na aplicação ... 20

3.3 Elaboração da aplicação segundo os conceitos de desenvolvimento de jogos ... 20

3.4 Desenvolvimento do Software ... 22 3.4.1 Modelo de desenvolvimento ... 22 3.4.2 Modelagem do software ... 23 3.4.3 Codificação do software ... 24 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 26 5 CONCLUSÃO ... 31 REFERÊNCIAS ... 32

APÊNDICE B – ESPECIFICAÇÃO DOS REQUISITOS DO SISTEMA ... 36

APÊNDICE C – MODELO DE ANÁLISE DO SISTEMA ... 47

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1 INTRODUÇÃO

Estudos feitos na década de 1990 já destacavam a dificuldade nas disciplinas iniciais dos cursos nas áreas de Ciências Exatas, e este é um fator considerável entre as causas de evasão no ensino superior que se estende até os dias atuais. Isso se dá principalmente pelo ensino deficitário das disciplinas de exatas nos níveis que antecedem o superior. Outro fator que deve ser mencionado é a forma tradicional com que essas disciplinas - matemática, física e química - são ministradas, deixando uma lacuna na aprendizagem dos alunos (GREGÓRIO et al., 2017).

Existe uma busca constante por novos métodos de ensino que tem como objetivo minimizar a dificuldade no aprendizado de Ciências Exatas, para eliminar a desigualdade com que os alunos ingressam no ensino superior, diminuir a evasão e democratizar a educação.

Com base na obra de Jean Piaget, biólogo e psicólogo que viveu entre 1896 e 1980 e dedicou sua vida a pesquisar sobre as formas de aquisição de conhecimento, criou-se a metodologia de ensino construtivista, onde se destacam uma menor interferência do professor na aprendizagem do aluno, ambientes diferentes de ensino não limitados somente à sala de aula, estímulo da participação dos alunos e um ensino menos rígido, mas que desenvolve nos alunos uma maior capacidade de autonomia e resolução de problemas (CÓRDULA, 2013).

Tendo como premissa estas ideias pedagógicas construtivistas, pode-se concluir que um jogo educativo com abrangente conteúdo, sendo este devidamente selecionado e monitorado por um professor apto, pode ser uma ótima forma de ensino e aprendizagem.

Sabendo-se que o tema de ensino, objeto de estudo para este trabalho, é a química do ensino médio e reconhecendo-se as vantagens do uso de objetos de aprendizado no ensino, tais como capacidade de reutilização, socialização e especialização, foi proposta a elaboração e o desenvolvimento de um objeto virtual de aprendizagem na forma de um jogo educativo de química.

1.1 Objetivos geral e específicos

O presente trabalho visou à elaboração de um objeto virtual de aprendizagem na forma de um jogo eletrônico educativo para ser usado em aulas de química, buscando obter um ganho na absorção de conhecimento dos alunos, não só pelo enriquecimento visual, mas principalmente por despertar um maior interesse pelo conteúdo quando se faz uso do lúdico. Por meio do uso deste objeto virtual de aprendizagem, objetivava-se facilitar a aprendizagem

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de conteúdos específicos da química do ensino médio que possam representar um obstáculo para os alunos.

Para que este objetivo geral fosse alcançado, foi necessário atingir os seguintes objetivos específicos:

• Fazer um levantamento dos conteúdos abordados em aulas de Química que representam maior dificuldade para os alunos;

• Elaborar um objeto virtual de aprendizagem na forma de um jogo educativo, com o fim de despertar o interesse dos alunos;

• Implementar o software. 1.2 Justificativa

O ensino de Química, assim como das demais ciências exatas, representa um obstáculo para muitos alunos devido às dificuldades de compreensão e absorção do conteúdo. Defende-se que o conhecimento da Química deve permitir a compreensão das transformações químicas no mundo físico (NUNES e ADORNI, 2010). “No entanto, nem sempre o professor está preparado para atuar de forma interdisciplinar, relacionando o conteúdo com a realidade dos alunos” (ROCHA e VASCONCELOS, 2016).

Em entrevista não estruturada com uma professora de Química do Instituto Federal de Minas Gerais - Campus Bambuí, também se verificou essa dificuldade de aprendizagem em Química, representando uma demanda por métodos didáticos alternativos. Com base nestes termos, propôs-se criar um objeto virtual de aprendizagem com a finalidade de facilitar o aprendizado dos alunos.

1.3 Estrutura

A estrutura deste trabalho foi dividida em cinco capítulos. A introdução tem o objetivo de trazer uma contextualização e um esclarecimento quanto à justificativa e aos objetivos propostos. O segundo capítulo traz a fundamentação teórica, com o conhecimento mínimo necessário para a compreensão do conteúdo abordado, incluindo ferramentas e técnicas utilizadas. O terceiro capítulo apresenta a metodologia de desenvolvimento de software empregada. O quarto capítulo demonstra o desenvolvimento detalhado do software, com imagens e diagramas. O quinto e último capítulo consiste na conclusão, resultados obtidos e sugestões de trabalhos futuros.

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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Este capítulo busca esclarecer alguns conceitos referentes ao tema abordado. São eles: objetos de aprendizagem, jogos como forma de aprendizado, ensino de química na atualidade e desenvolvimento de jogos. Também são apresentados alguns dos recursos que foram utilizados para a implementação e o estado da arte.

2.1 Objetos virtuais de aprendizagem De acordo Spinelli (2005):

[...] um objeto virtual de aprendizagem é um recurso digital reutilizável que auxilie na aprendizagem de algum conceito e, ao mesmo tempo, estimule o desenvolvimento de capacidades pessoais, como, por exemplo, imaginação e criatividade.

Os aspectos pedagógicos mais importantes, quando se diz respeito a facilitar o trabalho de alunos e professores no processo de aquisição de conhecimento por meio de objetos virtuais de aprendizagem, são: a interatividade do estudante com o objeto de aprendizagem; a autonomia do aprendizado, tornando o processo de aprender independente de professores; a cooperação, no sentido de permitir aos aprendizes que façam trocas de informação durante o processo de aprendizagem; a cognição, ressaltando a capacidade do objeto de transmitir um conhecimento real e significativo ao aprendiz; a afetividade, que fica responsável pela motivação do aprendiz em estar ultrapassando novos limites e engrandecendo o seu nível de conhecimento (GALAFASSI et al., 2013).

Além destes aspectos, porém, devem também ser consideradas características técnicas de um objeto de aprendizagem, tais como: métodos de acesso; capacidade de agrupamento com outros conteúdos; autonomia do objeto de aprendizagem; classificação a fim de facilitar catalogação; durabilidade; interusabilidade ou compatibilidade com múltiplas plataformas; reusabilidade (GALAFASSI et al., 2013).

Longmire, citado por Grossi e Silva (2015), destaca como características técnicas essenciais para um objeto de aprendizagem: a flexibilidade, a facilidade para utilização, a possibilidade de customização, a compatibilidade com múltiplas plataformas, o aumento do conhecimento e a padronização para facilitar a indexação e a procura.

Almeida (2010) identifica como um dos principais problemas a falta de aprofundamento do conteúdo e destaca a necessidade de avaliação de um objeto virtual de aprendizagem em dois níveis principais: o nível de aprendizagem e o de usabilidade. O autor ainda diz que equipes desenvolvedoras de objetos de aprendizado frequentemente se deixam

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influenciar mais pelas características lúdicas que pelo conteúdo de aprendizagem, resultando em uma ferramenta de grande entretenimento, mas com a qual pouco se aprende.

Em sua avaliação de objetos virtuais de aprendizagem, Almeida (2010) utiliza dois métodos de análise. O primeiro, feito por alunos, trata-se de utilização do objeto virtual de aprendizagem livremente e de forma independente, sem qualquer ajuda além da oferecida pela própria aplicação a ser testada. Ao fim da experiência de utilização dos alunos, eles foram submetidos a um questionário que buscava levantar suas opiniões, principais dificuldades e sugestões acerca do objeto de aprendizagem. O segundo método é feito por um especialista que, usando uma lista de itens a serem inspecionados, avalia características como: quantidade de conteúdo, o potencial como ferramenta de ensino e a usabilidade da aplicação.

Almeida et al. (2015) lista vários aspectos que devem ser avaliados em objetos virtuais de aprendizagem: facilidade de manuseio e/ou uso, elementos motivacionais, conteúdos claros e corretos, clareza nas instruções, veracidade e precisão do conteúdo, apresentação equilibrada de ideias, nível apropriado de detalhe e habilidade de motivar e estimular o interesse ou curiosidade de uma população de alunos, grau de interatividade e motivação.

2.2 Jogos no aprendizado

Os jogos digitais têm obtido uma resposta positiva quando aplicados nas mais variadas áreas de educação em numerosas obras e pesquisas.

Para Falkembach (2006):

O uso dos jogos no processo de ensino e aprendizagem serve como estímulo para o desenvolvimento do aluno e faz com que ele aprenda o valor do grupo. Por meio do lúdico, o aluno realiza aprendizagem e torna-se um agente transformador, encontrando uma forma de representar o seu contexto. É o vínculo que une a vontade e o prazer durante a atividade.

Savi e Ulbricht (2008) listam alguns benefícios que os jogos educacionais podem representar para o processo de ensino e aprendizagem. Em primeiro lugar, deve-se considerar o efeito motivador que os jogos têm, seja pela experiência visual ou pelos desafios oferecidos. O jogo pode ser visto como facilitador de aprendizado devido a sua capacidade de tornar visuais alguns conceitos, como moléculas ou células, e aquisição de conhecimento por meio de tentativa e erro. O jogo permite o desenvolvimento de habilidades cognitivas, uma vez que pode estimular a capacidade de resolver problemas e tomar decisões. O jogo possibilita o aprendizado por descoberta, favorece a socialização, o desenvolvimento da coordenação

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motora e até mesmo a especialização em um determinado conteúdo, pois um jogo pode ser jogado por várias vezes, com o objetivo de aperfeiçoar as capacidades do jogador.

Silva et al. (2016), concluem:

A aprendizagem vivencial, por meio das dinâmicas alternativas, faz com que o papel principal do processo de ensino-aprendizagem se desloque para o discente, que passa a ser o centro do processo, diferentemente do ensino tradicional, que enfoca o papel do professor. Isto facilita um envolvimento maior, pelo desejo da busca de aprendizado competitivo e cooperativo. O trabalho em grupo prevalece sobre a apresentação expositiva e individual do docente.

2.3 A química lecionada nas escolas

Para Brown et al. (2005), “a química é o estudo das propriedades dos materiais e das mudanças sofridas por estes.” A química fornece explicações importantes sobre o mundo e como ele funciona. Através dela, pode-se obter melhoria no tratamento da saúde, conservação dos recursos naturais, proteção no meio ambiente e suprimento de nossas necessidades diárias de alimentos, vestuário e moradia. A linguagem da química é fortemente usada em outras disciplinas, e o entendimento do comportamento de átomos e moléculas fornece uma larga compreensão de ouras áreas de ciência.

Os principais assuntos abordados pela química moderna são: estrutura atômica, estequiometria, reações químicas, termoquímica, configurações eletrônicas dos átomos, propriedades periódicas da tabela, ligações químicas, geometria molecular, forças intermoleculares, equilíbrio químico, eletroquímica.

2.4 Desenvolvimento de jogos

“Os jogos eletrônicos surgiram no final da Segunda Guerra Mundial, nos laboratórios vinculados à Inteligência, Pesquisa e Serviços Militares dos Estados Unidos, como forma de entretenimento e distração” (TEOTÔNIO E ARAÚJO, 2017). Depois disso, os jogos eletrônicos evoluíram lado a lado com a tecnologia, sendo que a primeira empresa a comercializá-los foi a Atari, fundada em 1972. Hoje, além dos tradicionais videogames, os jogos eletrônicos são jogados em diversas plataformas, tais como computadores, smartphones e tablets.

Atualmente, para a criação de jogos, existem vários métodos e guias para auxiliar os desenvolvedores no processo de projeto e implementação. Independentemente do modelo de desenvolvimento escolhido, deve-se ter em mente que o processo de produção de um jogo é

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equivalente ao processo de produção de qualquer software e que todos os conceitos de engenharia de software e padrões de projeto devem ser respeitados para que haja resultados satisfatórios.

Os ciclos de desenvolvimento, especificamente de um jogo, de acordo com Perucia et al. (2005), estão dispostos da seguinte maneira:

• Ideia - reuniões criativas para concepção de ideias.

• Rascunho do jogo - descrição das características principais do jogo, como jogabilidade, controles, interfaces, entre outros. Modelagem do software e implementação da estrutura básica das classes. Desenvolvimento do level design, que trata de uma visão mais ampla do jogo como um todo.

• Detalhamento do jogo - detalhes como sistemas de pontuação, resolução do jogo e trilhas sonoras são definidos.

• Game Design Document – faz-se a documentação de todos os conceitos citados anteriormente, de maneira técnica e sistemática, incluindo cronogramas, metas e orçamento.

2.5 Ferramentas utilizadas

Para realizar qualquer trabalho, são necessárias ferramentas e uma boa qualidade. Essas ferramentas vão permitir ou facilitar o êxito na implementação de cada projeto. No caso do desenvolvimento deste estudo, não foi diferente. Foram escolhidos alguns instrumentos apresentados a seguir. Para sua escolha, foram observadas características como: valor de aquisição, compatibilidade, facilidade de uso e riqueza de recursos.

As principais ferramentas selecionadas e aqui listadas são as seguintes: UML, para a modelagem do software; um game engine chamado Unity3D, que usa a linguagem C# para a criação de jogos ou aplicações em geral; Blender, uma ferramenta de modelagem e animação; Gimp, ferramenta de edição de imagens multiplataforma e gratuita.

2.5.1 Unity3D e MonoDevelop

Antes de falar em Unity3D, é preciso entender o que é um motor de jogo. “Um motor de jogo é uma ferramenta que tem como objetivo simular a física do mundo real dentro de um ambiente de jogo” (BRITO, 2012). Ele existe para facilitar a criação de jogos, pois remove a demanda de todos os cálculos matemáticos que envolvem as simulações dos jogos.

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Teotônio e Araújo (2017) afirmam que “antes de existirem os game engines, os jogos eram escritos por completo, sem a separação de gráfico e cálculos físicos, por exemplo. Os primeiros motores de jogos surgiram em 1985, após o crash do videogame, quando houve o aumento do número de computadores domésticos”.

Unity3D é um motor de jogo, ou game engine, que fornece funcionalidades como renderização de gráficos, detecção de colisão, suporte para criação de animações, efeitos sonoros e suporte a linguagens como JavaScript e C#. Neste trabalho, optou-se pelo uso de C# devido à facilidade oferecida pelas características da linguagem orientada a objetos e pelo material de estudos, que é mais completo e abrangente.

O Unity 3D tem uma interface intuitiva que integra as principais ferramentas que devem estar presentes em um motor de jogo e tem a capacidade para gerar jogos para as mais diversas plataformas, como: Iphone, Xbox, Nintendo wii, jogos web, android, além dos sistemas operacionais convencionais. Apesar de ser pago, ele conta com versão pessoal gratuita bastante adequada para protótipos ou pequenos projetos sem fins lucrativos (LEMES, 2009).

Geralmente, os scripts da programação dos jogos são escritos na ferramenta MonoDevelop, que também será o caso deste trabalho. Todos os objetos criados dentro do Unity3D são instâncias da classe GameObject, que pertencem à biblioteca UnityEngine. Essa classe possui, invariavelmente, dados como nome, posição, tamanho do objeto, camada em que se encontra, cena1_{em que se encontra, se está ou não ativo na cena, entre outros. Também} possui funções de comparação, se autodestruir, se autoinstanciar, procurar por outros objetos do mesmo tipo na cena, listar objetos filhos ou listar objetos pais. A biblioteca UnityEngine contém tudo o que é necessário para a integração do código C# editado em MonoDevelop e interface Unity.

2.5.2 Blender

Blender diz respeito a um software gratuito e de código aberto que pode ser executado em Linux, Windows e Mac OS X. Trata-se de uma ferramenta completa para desenvolvimento de jogos 3D, que permite modelagem, texturização, animação e que conta com um motor de jogo integrado. Para a realização deste trabalho, o Blender foi utilizado somente para modelagem, texturização e animação (BRITO, 2007).

1Uma cena é um item que contém ambientes e interfaces de um jogo. É interessante pensar em cada

cena como um nível diferente do jogo, onde são colocados ambientes, objetos, obstáculos, decorações e outros elementos, de forma a projetar e construir seu jogo em pequenas partes.

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O Blender permite modelar e animar, entre outros, o formato FBX, que é perfeitamente compatível com Unity3D. Permite até mesmo modificá-lo depois de já importado no motor de jogo. Visto que o Unity3D não fornece o mesmo nível de edição de objetos, essa compatibilidade entre as ferramentas tornou o Blender a melhor opção para o trabalho.

2.5.3 Gimp

Para o desenvolvimento de um jogo convencional, é necessário um conjunto de imagens e texturas para a compreensão, entretenimento e, como se espera, a imersão do jogador. Existe uma grande quantidade de ferramentas de edição de imagem no mercado, mas, por motivo de acessibilidade e custos, para este trabalho, foi escolhido o GIMP. Este software usa a biblioteca GTK, tem código aberto e, portanto, conta com centenas de desenvolvedores e tem licença pública, o que representa uma redução de custos significativa para o desenvolvedor de jogos (MILANI, 2008).

Milani (2008) nos dá uma breve definição do GIMP:

O GIMP é uma ferramenta de criação e edição de imagens de código aberto. Seu nome é formado pelas iniciais de “GNU Image Manipulation Program” (em português, Programa de Manipulação de Imagens GNU). Foi criado para preencher o espaço gerado pela falta de programas gráficos para o sistema Unix.

Tenaglia et al. (2011) contam que o GIMP foi criado em 1995, na University of California, Berkeley, como projeto de faculdade de Spencer Kimball e Peter Mattis. Era um programa de edição de imagens para sistemas Unix que, na época, se fazia necessário. Hoje, o GIMP conta com uma extensa equipe de desenvolvimento e pode ser executado em outros sistemas operacionais, como Windows e Mac OS.

2.5.4 UML

UML (Unified Modeling Language, ou Linguagem de Modelagem Unificada) é definida por Guedes (2004) como “uma linguagem visual utilizada para modelar sistemas computacionais por meio do paradigma de Orientação a Objetos”. O mesmo autor afirma que, por menor que seja, todo software deve ser modelado, pois isso possibilita eventuais mudanças que ele possa vir a sofrer.

Para Booch et al. (2006), a importância da modelagem se dá porque, através dela, podemos visualizar o sistema como é ou como se espera que ele seja, podemos prever a

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estrutura ou o comportamento de um recurso, podemos fazer dela um guia para a construção de um sistema e documentar as decisões tomadas. O autor considera a UML uma linguagem adequada, pois é destinada a estes quatro objetivos: visualizar, especificar, construir e documentar.

.

2.6 Estado da arte

Existem hoje vários objetos digitais de aprendizagem com foco no ensino e aprendizado de química, mas, em sua maioria, são apenas simuladores ou animações que pouco instigam o interesse por aprendizado nos alunos. Muitos pesquisadores, tais como Cunha (2012) e Soares (2004), constataram, de forma quantitativa, e comprovaram a eficácia do uso de jogos para auxiliar no ensino de química.

Como parte do resultado de sua pesquisa sobre os objetos de aprendizagem em estudo de química, Machado (2015) diz que existe uma enorme variedade de simuladores que abordam somente três áreas de química, sendo elas: ligações químicas, tabelas periódicas e concentração e dissolução, tornando-se um fator limitante no ensino da disciplina por meio de mídias, já que os outros conteúdos não são contemplados pela tecnologia.

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3 METODOLOGIA

Para o desenvolvimento deste objeto virtual de aprendizagem, foram estabelecidas algumas metas a serem seguidas: pesquisa sobre as dificuldades encontras no aprendizado de química; fundamentação e limitação do conteúdo de química abordado; identificação das ferramentas utilizadas; idealização do jogo de forma lúdica e esquemática; modelagem do software; implementação do software; e, por fim, realização de testes, correções e validação do objetivo alcançado. Este capítulo traz um resumo dessas metas, com a finalidade de esclarecer o processo de concepção e desenvolvimento.

3.1 Classificações da pesquisa

Silveira e Gerherdt (2009) elucidam:

A pesquisa é a atividade nuclear da Ciência. Ela possibilita uma aproximação e um entendimento da realidade a investigar. A pesquisa é um processo permanentemente inacabado. Processa-se por meio de aproximações sucessivas da realidade, fornecendo-nos subsídios para uma intervenção no real.

A pesquisa pode ser qualificada quanto à abordagem, onde ela se classifica como qualitativa ou quantitativa; quanto à natureza, podendo se caracterizar como básica ou aplicada; quanto ao objetivo, podendo ser exploratória, descritiva ou explicativa; e quanto aos procedimentos, podendo ser experimental, bibliográfica, documental, de campo, ex-pos-facto, de levantamento, com survey, estudo de caso, participante, etnográfica ou etnometodológica.

Quanto à abordagem, esta pesquisa se classifica como qualitativa. “Os estudos denominados qualitativos têm como preocupação fundamental o estudo e a análise do mundo empírico em seu ambiente natural” (GODOY, 1995).

Os pesquisadores qualitativos estão preocupados com o processo e não simplesmente com os resultados ou produto. O interesse desses investigadores está em verificar como determinado fenômeno se manifesta nas atividades, procedimentos e interações diárias. Partem de questões ou focos de interesse amplos, que vão se tornando mais diretos e específicos no transcorrer da investigação (GODOY, 1995).

Quanto à natureza, este estudo se classifica como pesquisa aplicada, uma vez que visa gerar conhecimento para aplicação prática, dirigido à solução de um problema específico, que, neste caso, é a ineficiência da metodologia de ensino de química.

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ter mais profundidade no conhecimento sobre o tema abordado. Neste sentido, explorar um assunto significa reunir informação e incorporar características inéditas sobre o tema

(RAUPP; BEUREN, 2006).

Quanto aos procedimentos, classifica-se como pesquisa de campo. Segundo Fonseca, (2002) citado por Silveira e Gerherdt (2009): “a pesquisa de campo caracteriza-se pelas investigações em que, além da pesquisa bibliográfica e/ou documental, se realiza coleta de dados junto a pessoas, com o recurso de diferentes tipos de pesquisa (pesquisa ex-post-facto, pesquisa-ação, pesquisa participante etc.)”.

3.2 Fundamentação e limitação do conteúdo de química abordado na aplicação

Para uma fundamentação adequada do conteúdo abordado no objeto de aprendizagem implementado, foi feito um levantamento em livros didáticos, conteúdo de vestibulares e ENEM. Dias (2018) listou os principais conteúdos abordados no ENEM incluídos no tema de química geral:

 Propriedades da matéria, tais como: densidade, pontos de fusão e ebulição.  Fenômenos físicos e químicos.

 Separação de misturas (filtração, destilação simples, destilação fracionada, decantação, flotação).

 Mol (quantidade de matéria, constante de avogrado);

 Estequiometria (cálculos envolvendo excesso e limitante, pureza, rendimento em reações químicas).

 Balanceamento de equações.

 Ligações químicas (iônica, covalente, metálica).

 Atomística (partículas elementares do átomo, semelhança atômica, distribuição eletrônica).

Além da pesquisa pelo conteúdo ensinado nas escolas e cobrado no Exame Nacional de Ensino Médio e vestibulares, foi coletada a opinião de um profissional da área de química. Após um levantamento geral, os temas foram filtrados e selecionados para um resultado de mais simples adaptação no desenvolvimento do objeto de aprendizagem.

3.3 Elaboração da aplicação segundo os conceitos de desenvolvimento de jogos

Para a elaboração e implementação de jogos eletrônicos, em geral, seguem-se várias etapas básicas, tais como escolha das plataformas-alvo, escolha do gênero, estilo e

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ambientação, criação do personagem, história e contextualização com o tema proposto, criação do cenário em forma de esquemas, definição da jogabilidade e da forma como o jogo evolui.

Entre as várias plataformas de execução de jogos eletrônicos, foram selecionadas as mais populares e de mais fácil acesso: Windows, Linux e Android. A ferramenta Unity, previamente selecionada para o projeto, permite o desenvolvimento multiplataforma sem muitas complicações, o que contribuiu e facilitou a decisão.

Desta maneira, estabeleceu-se que o objeto virtual de aprendizagem seria desenvolvido para Windows, devido a sua popularidade, e Android, pelo mesmo motivo. Também para Linux, por causa da facilidade de acesso em locais públicos, como escolas e centros de inclusão digital.

Foi escolhido um estilo de jogo chamado de escapismo, onde o personagem tenta escapar de um ambiente fechado e, para isso, precisa encontrar objetos no cenário e solucionar quebra-cabeças. Seguindo esta linha de raciocínio, optou-se pelo gênero de suspense e, como ambientação, escolheu-se um laboratório de química.

O objetivo destas decisões é prender ao máximo a atenção do jogador e, ao mesmo tempo, ensinar química. Jogos no estilo de escapismo ou fuga geralmente têm vários quebra-cabeças, que, neste caso, são todos relacionados à química. O ambiente do laboratório e o personagem do jogador como um químico contextualizam estes quebra-cabeças para que haja uma linearidade e uma razão para cada passo a ser feito e cada conteúdo abordado.

Figura 1: Modelo da personagem

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A personagem, que pode ser vista na Figura 1, representa uma cientista chamada Samara, em homenagem ao elemento Samário, de número atômico 62. Foi modelada utilizando-se MakeHuman, um software cuja função é a modelagem de personagens humanoides em 3D. Após esta modelagem, foi usado o Blender para criar animações à personagem, as quais são executadas durante o jogo, quando a personagem se move, pula ou abaixa.

3.4 Desenvolvimento do Software

Esta seção tem como objetivo apresentar o processo de desenvolvimento seguindo o modelo em espiral, a modelagem utilizando UML, que está disponível nos apêndices A, B e C, e algumas noções da codificação do objeto virtual de aprendizagem.

3.4.1 Modelo de desenvolvimento

Para o desenvolvimento do objeto virtual de aprendizagem, faz-se necessária a adoção de um processo de desenvolvimento para que se possa ter melhores resultados, com mais agilidade e com menor possibilidade de erros.

Atualmente, existem diversos processos de software, e algumas atividades são comuns entre eles, como, por exemplo: determinação das especificações, produção de um software que as atenda, validação do software através de análise de riscos e evolução do software por meio de atualizações para atender às necessidades mutáveis do cliente (RIBEIRO, 2013).

Para este trabalho, foi selecionado o modelo em espiral devido às suas características cíclicas, que facilitam estimativas mais realísticas com o progresso do trabalho, para que problemas importantes sejam descobertos mais cedo (MACÊDO, 2012).

O modelo em espiral, cujo diagrama pode ser visto na Figura 1, é um modelo de desenvolvimento de software que se desenvolve em uma série de iterações, em que cada nova iteração corresponde a uma volta na espiral em busca de aprimorar e adicionar novos módulos e funcionalidade ao software. “Isto permite construir produtos em prazos curtos, com novas características e recursos que são agregados na medida em que a experiência descobre sua necessidade” (FILHO, 2000).

Para Araújo e Almeida (2016), uma das grandes vantagens desse modelo é que não é necessário o término do projeto para se ter resultados, tendo em vista que, na primeira

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iteração, já se tem um software executável, não com todas as funcionalidades requeridas, mas respeitando a ordem de prioridade predefinida.

Figura 2: Diagrama do modelo em espiral.

Fonte: Filho (2000) 3.4.2 Modelagem do software

O objeto virtual de aprendizagem, em seu estado de desenvolvimento, requer uma modelagem como parte fundamental do projeto, cuja finalidade é facilitar a compreensão, a programação e a produção do jogo, de modo geral, estabelecendo todas as características do projeto antes que este comece a ser codificado, buscando, desta maneira, prever possíveis erros e evitar que algum trabalho seja perdido. Os diagramas de classes, diagramas de caso de uso e diagramas de sequência podem ser vistos nos Apêndices A, B e C.

O apêndice A traz quatorze casos de uso divididos em módulos, com suas respectivas funcionalidades. Já no Apêndice C, através dos diagramas de sequência, é possível ver as interações entre estas classes no decorrer de cada processo. Algumas classes que se destacam pelo seu uso frequente, nativas da Game Engine são: a classe Input, que é a responsável por capturar a entrada do usuário; e a classe SceneManager, responsável por instanciar uma nova

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cena e, desta maneira, criar uma movimentação entre os ambientes.

Como pode ser visto no diagrama de classes encontrado no apêndice C, vinte e duas classes foram criadas, sendo todas elas subclasses de MonoBehavior. Entre elas, destaca-se a classe GameController, que possui métodos públicos que são responsáveis pelo inventário, onde são armazenados os objetos coletados pelos personagens nas cenas, responsável pelo acesso ao banco de dados interno da Game Engine e também pelo salvamento automático do jogo, permitindo dar sequência em uma instância da aplicação mesmo depois de encerrada e reaberta posteriormente.

Outras classes presentes no diagrama, pertencentes à própria Game Engine, não são herdadas, porém são instanciadas e acopladas aos objetos de jogo: Renderer, Transform, Animator, Collider e RigidBody. Estas instâncias dão ao objeto acoplado características e funções tais como detecção de colisão, animação, movimento no espaço virtual tridimensional, troca de cor e textura, entre outras.

3.4.3 Codificação do software

Após definidos os conteúdos abordados, o estilo do jogo e a jogabilidade, finalizada a modelagem de cada elemento a ser utilizado e criado o diagrama de classes, a implementação do código foi o próximo passo para o objeto virtual de aprendizagem.

Empregando-se a linguagem C# e a biblioteca UnityEngine, a programação foi bastante facilitada. Cada bloco de código, chamado de Script, é uma extensão da classe MonoBehavior, que conta com dois métodos principais chamados Start e Update. O método Start é executado assim que o objeto é instanciado em uma cena. Neste momento, atributos são declarados e inicializados, de modo que o objeto tenha suas características iniciais estabelecidas no momento de sua instanciação. O método Update é executado a cada frame da execução e tem como finalidade atualizar os atributos do objeto em função do tempo decorrido e em função de eventos que possam executar alterações sobre ele. O Script deve estar sempre anexado a um objeto de jogo que se encontra em cena ou a um objeto que será instanciado, o que significa ser inserido em cena. Quando a cena é executada, todos os objetos de jogo têm seus Scripts executados.

Além dos métodos Start e Update, destacam-se Invoke, usado para chamar um método em um determinado tempo; FixedUpdate, que é parecido com o Update, mas tem uma frequência de execução fixa em relação ao tempo, e não de acordo com o número de frames por segundo; OnCollisionEnter, OnCollisionExit, métodos usados no reconhecimento de

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colisão de objetos; OnMouseDown, OnMouseDrag, OnMouseExit, que são métodos utilizados para o reconhecimento do mouse. Por fim, métodos essenciais, como Instantiate, usado para instanciar um objeto de jogo, e Destroy, empregado para destruir um objeto e removê-lo de cena. Estes são apenas alguns dos métodos mais utilizados.

Como alguns dos atributos mais usados, também podem ser citados: Enabled, atributo booleano que indica se o objeto está habilitado ou não. Somente em caso positivo, o método Update é executado a cada frame. O objeto transform, uma instância da classe Transform que armazena posição, direção e escala do objeto, outros objetos em que o objeto está contido e aqueles que ele contém dentro de si, além de funções que permitem deslocar, girar e procurar outros objetos, entre várias outras. Name, o nome do objeto; e Tag, um rótulo que permite classificar um objeto e compará-lo com outros.

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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

A construção do jogo se desenvolve basicamente por montar as cenas de jogo, ao colocar os objetos em cada cena, em posições adequadas, formando, assim, um cenário, e ao atribuir a estes objetos funções por meio dos Scripts. Depois de compiladas várias cenas, a primeira é instanciada e, através dos Scripts contidos nela, as seguintes também podem ser instanciadas, de acordo com as ações do jogador. Toda a sequência de cenas tem por objetivo promover o aprendizado de química para o usuário.

Samara recebeu um Script de controle de personagem que permite que ela, controlada pelo jogador, possa se movimentar, pular, abaixar, coletar objetos e usá-los. Espera-se, desta maneira, que o jogador encontre um meio de tirar Samara do laboratório no qual está presa.

O cenário idealizado foi montado no próprio Unity3D e se refere a um laboratório de química integrado, com almoxarifado, escritório, banheiro e cozinha. Nos ambientes, estão disponíveis vidrarias, balança de precisão, estufa, agitador magnético, bico de Bunsen, condensador, centrífuga, capela de exaustão de gases, termômetro, condutivímetro, pHmetro, entre outros. O cenário é baseado em um laboratório real, buscando familiarizar o jogador com o ambiente. Além disso, traz nome e função de cada objeto em jogo, mesmo que alguns não sejam realmente utilizáveis. Os objetos do cenário também têm a finalidade de ensinar um pouco sobre os equipamentos de um laboratório de química. Alguns podem ser coletados pela personagem, enquanto outros são utilizados apenas onde estão. A Figura 3 mostra um esquema de uma planta baixa do cenário, sendo que os traços vermelhos representam as portas.

Figura 3: Esquema do cenário

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Quando os equipamentos encontrados no cenário são utilizados, uma nova cena é iniciada, onde um microjogo deve ser completado para que, com uma recompensa, se possa dar continuidade ao jogo como um todo. Estes microjogos, também chamados de quebra-cabeças, são testes para o conhecimento de química e têm como finalidade fazer o jogador aprender sobre a matéria enquanto joga. Desta forma, iniciam-se os microjogos - jogos menores, no estilo de quebra-cabeças, quando dentro do macrojogo – o jogo como um todo, onde são usados objetos encontrados no cenário. Estes podem ser objetos variados, como uma balança de precisão ou um armário trancado com uma senha.

A Figura 4 traz um exemplo de microjogo em que o jogador deve encontrar os botões equivalentes para abrir um cofre. Neste exemplo, os objetos 3D foram feitos inteiramente em Unity. Os botões só se mantêm comprimidos quando pressionados corretamente, em pares, e, após todos estarem comprimidos, cada nível das portas do cofre se abre.

Figura 4: Exemplo de quebra-cabeça

Fonte: Autor (2018)

O software elaborado é composto por vinte e duas classes, além das nativas do Unity3D, e se trata de um jogo virtual de escape com foco no aprendizado de química. Ele é divido em módulos, onde o módulo principal, chamado de jogo principal, conta com a classe GameController, responsável pelo controle geral das preferências do jogador, bem como pelo registro do avanço após cada sucesso obtido. O jogo, inclusive, permite salvamento automático após a personagem ultrapassar cada porta, o que faz com que, mesmo após a aplicação reinicializada, o usuário possa dar continuidade à sua instância de jogo sem perder

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suas conquistas prévias. Além da classe GameController, o jogo principal contém várias outras classes responsáveis pela coleta de objetos, uso de objetos, mostrar texto, início e menu de jogo, fim de jogo, volta de cada cena, movimentação da personagem, controle do livro de anotações e controle dos botões do cofre. Além do módulo principal, outros módulos que representam jogos secundários são compostos por várias outras classes que são representadas no diagrama do Apêndice C.

O jogo principal conta com seis cenas, e cada uma representa um ambiente do prédio do laboratório. O primeiro é o corredor, onde se encontra a porta de saída trancada, como pode ser visto na Figura 5. Também pode ser observado, na imagem, que as portas e objetos trazem textos que permitem melhor contextualização das ações da personagem, dando instruções ao jogador sobre como prosseguir. Este ambiente, além da porta de saída, possui cinco outras que permitem acessar as demais cenas.

Figura 5: Primeiro ambiente e exemplo de texto de contextualização

Fonte: Autor (2019)

Os demais ambientes de jogo que podem ser vistos nas Figuras 6, 7, 8 e 9 são o laboratório, o banheiro, o almoxarifado e a cozinha. O jogador guia a personagem por estas cenas utilizando as teclas do teclado A, S, D, W ou setas direcionais e utiliza ou coleta os objetos em cena através da tecla espaço. Nestes ambientes, vários objetos permitem interação e, como pode ser visto na Figura 6, letra B, objetos coletados são mostrados na tela, nos espaços laterais. A lista onde são adicionados estes objetos é chamada bag, e ela permite que a personagem carregue consigo os objetos, como no exemplo, onde a personagem pega um

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balde e traz consigo um espelho de mão. Estes objetos são utilizados posteriormente para realizar pequenos quebra-cabeças que envolvem o conhecimento básico de química.

Como módulos secundários, podem ser citados o jogo dos tubos de ensaio e o jogo das funções inorgânicas, que podem ser visualizados nas Figuras 10 e 11, respectivamente. O jogo dos tubos de ensaio conta com a classe DragTransform, que permite arrastar objetos, enquanto a classe Tubes tem funcionalidades como: detecção de início de colisão ou fim de colisão com outros objetos, herdadas da classe Collider, pertencente à API da Unity Engine. A classe Tubes também é responsável pela mudança de cores no interior dos tubos de ensaio, o que permite que o experimento seja simulado por meio da mistura das substâncias químicas.

Figura 6: Laboratório Figura 7: Banheiro

Figura 8: Almoxarifado Figura 9: Cozinha

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Figura 10: Jogo dos tubos de ensaio

Fonte: Autor (2019)

Figura 11: Jogo das funções inorgânicas

Fonte: Autor (2019)

O jogo das funções inorgânicas também utiliza a classe DragTransform para permitir que os cubos sejam arrastados. Nele, o objetivo é colocar as substâncias químicas nas caixas corretas, de acordo com sua classificação. Uma classe de verificação de resultados é executada sempre que um cubo é adicionado a uma caixa, e, somente quando todos os cubos estão na caixa correta, o jogo é completado.

Nas primeiras execuções do jogo, foi necessária, em média, uma hora para ele ser completado. Notou-se que o jogo estimula não somente o aprendizado em relação à química, mas também o raciocínio e a capacidade de interação com o meio digital.

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5 CONCLUSÃO

Para este trabalho, várias ferramentas foram utilizadas, sendo comprovada a eficácia de cada uma, desde o formalismo dos padrões de projetos utilizando UML, a modelagem facilitada utilizando MakeHuman, a animação facilitada utilizando Blender e arquivos BVH até a programação utilizando Unity3D e a linguagem C#.

Considera-se que os objetivos foram alcançados, com a elaboração de um objeto virtual de aprendizagem e sua implementação na forma de um jogo educativo, compatível com Windows, utilizando ferramentas gratuitas que permitiram um orçamento de valor nulo.

Acredita-se que a principal contribuição do presente trabalho para a sociedade está relacionada à possível inclusão digital e ao possível despertar do gosto pela ciência nos jovens, uma vez que o jogo permite que eles estudem e se divirtam de maneira simultânea.

Uma vez que este trabalho também é parte de um projeto de pesquisa e extensão, ele será continuado e, nele, serão adicionados mais desafios, de modo que venha a abordar mais conhecimentos da química. Os microjogos utilizarão variáveis geradas aleatoriamente, de modo que sejam modificados a cada instanciação, para permitir sua reusabilidade de maneira igualmente desafiadora. A compatibilidade com outras plataformas, como Android e Linux, deverá ser trabalhada, com a finalidade de alcançar um maior número de usuários.

Para trabalhos futuros, poderão ser implementados outros jogos para outras áreas de ensino, utilizando o mesmo método ou o aperfeiçoando. Espera-se que, através da reutilização dos códigos desenvolvidos, possa-se reduzir o tempo de implementação de novos softwares significativamente.

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APÊNDICE A – ESPECIFICAÇÃO DO SOFTWARE 1. Nome do Projeto

Desenvolvimento de um objeto virtual de aprendizagem para o ensino de química utilizando Unity3D.

2. Objetivo do Projeto

Desenvolver um software que auxilie no aprendizado de química do ensino médio. 3. Escopo

O presente projeto constitui-se de jogo educativo, desenvolvido em Unity3d, que contém uma personagem, presa em um laboratório, que deve utilizar seus conhecimentos de química para conseguir escapar. Este jogo pode ser utilizado em sala de aula para despertar o interesse dos alunos pela química por meio da diversão e do desafio de jogar.

3.1 Definição dos módulos e funcionalidades do sistema

Módulo Funcionalidade Finalidade

Jogo Geral

Instanciar a personagem em um ambiente e permitir que o usuário a controle para movimentá-la e pegar objetos.

Representar a personagem principal se movendo pelos vários ambientes do mapa de jogo, que são: cozinha, escritório, banheiro, corredor, almoxarifado e laboratório.

Tubos de Ensaio

Tubos de ensaio são instanciados juntamente com alguns elementos contendo substâncias químicas onde é possível realizar um experimento através da combinação destes elementos dentro dos tubos.

Ensinar sobre reações químicas.

Espelho

Um espelho e um bico de Bunsen são utilizados para revelar uma palavra escrita no espelho.

Ensinar sobre a condensação do vapor em contato com o espelho.

Computador

Vários cubos representando substâncias químicas devem ser organizados dentro de caixas, de acordo com a sua classificação quanto a funções inorgânicas.

Instigar o usuário a saber sobre funções inorgânicas.

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APÊNDICE B – ESPECIFICAÇÃO DOS REQUISITOS DO SISTEMA 1 Mapeamento dos casos de uso

A tabela a seguir contém o mapeamento dos casos de uso, com seus respectivos nomes, módulo a que pertencem e suas funcionalidades.

ID NOME MÓDULO FUNCIONALIDADE

UC01 Movimentar Jogo Geral Movimentar a personagem

UC02 Usar Porta Jogo Geral Abrir portas

UC03 Pegar Objeto Jogo Geral Colocar objetos no inventário

UC04 Usar Objeto Jogo Geral Remover objetos do inventário

UC05 Sair do Jogo Tubos Tubos de Ensaio Voltar de tubos ao jogo geral

UC06 Esvaziar Tubo Tubos de Ensaio Descartar o conteúdo de um tubo

UC07 Encher Tubo Tubos de Ensaio Colocar uma substância nos tubos

UC08 Sair da Cena Espelho Espelho Voltar de espelho ao jogo geral

UC09 Mover Espelho Espelho Arrastar o espelho

UC10 Remover Condensador Espelho Remover o condensador

UC11 Sair da Cena Computador Computador Voltar de computador ao jogo

geral

UC12 Mover Materiais Computador Arrastar substâncias no

computador

UC13 Sair da Cena Cofre Cofre Voltar de cofre ao jogo geral

UC14 Digitar Senha Cofre Inserir a senha para abrir o cofre

2. Especificações dos casos de uso

No intuito de definir as interações que o usuário ou algum ator específico da aplicação tem com o sistema, abaixo estão as especificações dos casos de uso.

Caso de Uso UC01 – Movimentar

a) Módulo: Jogo Geral. b) Identificador: UC01.

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para movimentar a personagem. d) Ator(es): Jogador.

e) Precondições: a personagem deve estar no chão (um pequeno Raycast da personagem pra baixo deve estar colidindo com o chão).

f) Fluxo Principal:

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2. A velocidade linear e angular da personagem é modificada de acordo com a tecla pressionada;

3. Um loop de animação é executado enquanto a personagem se movimenta. g) Fluxo de Exceção: nenhum.

h) Fluxo Alternativo: nenhum.

i) Pós-condições: a posição da personagem é modificada.

Figura 1: Caso de Uso – Jogo Geral

Fonte: Autor (2019) Caso de Uso UC02 – Usar Porta

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para abrir uma porta. d) Ator (es): jogador.

e) Precondições: a personagem deve estar em colisão com a box collider da porta, e a porta deverá estar destrancada.

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f) Fluxo Principal:

1. O usuário pressiona a tecla para abrir uma porta;

2. O script da porta chama o método LoadScene, da classe SceneManager, passando a cena desejada como parâmetro;

3. A SceneManager carrega a cena solicitada.

g) Fluxo de Exceção: caso a porta esteja trancada, isso será informado ao usuário. h) Fluxo Alternativo: Nenhum.

i) Pós-condições: uma nova cena é instanciada.

Caso de Uso UC03 – Pegar Objeto

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário pegar um objeto na cena.

d) Ator(es): jogador.

e) Precondições: a personagem deve estar em colisão com a box collider do objeto. f) Fluxo Principal:

1. O usuário pressiona a tecla para pegar o objeto;

2. O script do objeto chama o método da classe GameController, que o adiciona a uma lista encadeada chamada bag;

3. O GameController se encarrega em modificar o canvas que permite visualizar os objetos da lista.

g) Fluxo de Exceção: Nenhum. h) Fluxo Alternativo: Nenhum.

i) Pós-condições: o objeto é mostrado no inventário. Caso de Uso UC04 – Usar Objeto

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário usar um objeto do inventário.

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e) Precondições: a personagem deve estar em colisão com a box collider do local de utilização do objeto.

f) Fluxo Principal:

1. O usuário pressiona a tecla para usar o objeto;

2. O script do objeto chama o método da classe GameController, que remove o objeto de uma lista encadeada chamada bag;

3. O GameController se encarrega em modificar o canvas para que o objeto não mais apareça na tela;

4. O script da porta chama a função LoadScene, do SceneManager, passando a cena desejada como parâmetro;

5. O SceneManager carrega a cena solicitada. g) Fluxo de Exceção: Nenhum.

h) Fluxo Alternativo: em casos em que o objeto não carregará uma nova cena; apenas novos objetos são adicionados à cena atual.

i) Pós-condições: o objeto é removido do inventário.

Figura 2: Caso de Uso – Jogo Tubos de Ensaio

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Caso de Uso UC05 – Sair da Cena Tubos de Ensaio

a) Módulo: Jogo Tubos de Ensaio. b) Identificador: UC05.

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário sair do jogo de tubos de ensaio.

d) Ator(es): jogador. e) Precondições: Nenhuma f) Fluxo Principal:

1. O usuário clica no botão de voltar;

2. O script do botão chama o método de retorno da classe SceneManager; 3. O SceneManager carrega a cena solicitada.

i) Pós-condições: a cena do laboratório é carregada. Caso de Uso UC06 – Esvaziar Tubo

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário esvaziar um tubo de ensaio.

e) Precondições: o tudo deve conter algum material. f) Fluxo Principal:

1. O usuário clica no tubo de ensaio e o arrasta até o balde de descarte;

2. O script do tubo se encarrega de remover todos os materiais e alterar a cor para transparente;

3. O tubo volta à posição original. g) Fluxo de Exceção: Nenhum. h) Fluxo Alternativo: Nenhum.

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Figura 3: Caso de Uso – Jogo do Espelho

Fonte: Autor (2019) Caso de Uso UC07 – Encher Tubo

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário colocar um material no tubo de ensaio.

e) Precondições: o tudo deve conter algum material. f) Fluxo Principal:

1. O usuário clica em um pote contendo algum elemento químico e o arrasta até o tubo; 2. O script do tubo adiciona o material no tubo, de acordo com o pote;

2. O script do tubo adiciona a cor no tubo de acordo com a combinação de materiais que ele contém;

3. O controle de tubos verifica se as cores dos tubos coincidem com o resultado esperado; 4. O pote volta à posição original.

g) Fluxo de Exceção: caso existam dois materiais já inclusos no tubo, não será incluído um terceiro.

h) Fluxo Alternativo: quando todas as cores dos tubos coincidirem com o resultado esperado, obtém-se sucesso, e o jogo dos tubos é finalizado.

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Caso de Uso UC08 – Sair da Cena Espelho

a) Módulo: Espelho b) Identificador: UC08

c) Sumário: Este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário sair do jogo do espelho.

e) Precondições: Nenhuma. f) Fluxo Principal:

i) Pós-condições: a cena do laboratório é carregada. Caso de Uso UC09 – Mover espelho

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário mover o espelho. d) Ator(es): jogador.

e) Precondições: o condensador deve ter sido retirado previamente. f) Fluxo Principal:

1. O usuário clica no espelho e arrasta até o vapor;

2. O script do espelho irá detectar a colisão com o vapor, e uma imagem é instanciada nele; 3. O espelho volta à posição original.

g) Fluxo de Exceção: Nenhum.

h) Fluxo Alternativo: caso o usuário não arraste o espelho até o vapor, a imagem não é instanciada.

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Caso de Uso UC10 – Remover Condensador

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário remover o condensador.

e) Precondições: o condensador deve estar em sua posição inicial. f) Fluxo Principal:

1. O usuário clica no condensador e o arrasta até o topo da tela; 2. O script do condensador identifica sua posição e destrói o objeto. g) Fluxo de Exceção: Nenhum

h) Fluxo Alternativo: caso o usuário não arraste o condensador até o alto da tela, ele retorna à sua posição original.

i) Pós-condições: o objeto condensador é destruído.

Figura 4: Caso de Uso – Jogo do Computador

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Caso de Uso UC11 – Sair da Cena Computador a) Módulo: Computador

b) Identificador: UC11

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário sair do computador. d) Ator(es): jogador.

i) Pós-condições: a cena do escritório é carregada. Caso de Uso UC12 – Mover materiais

a) Módulo: Computador b) Identificador: UC12

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para completar o jogo do computador.

1. O usuário clica e arrasta um elemento para o recipiente desejado;

2. O controle do computador adiciona o elemento ao vetor equivalente ao recipiente;

3. O controle do computador confere se todos os elementos estão posicionados corretamente; em caso positivo, o jogo é encerrado e uma reposta é revelada ao usuário.

g) Fluxo de Exceção: Nennhum

h) Fluxo Alternativo: caso os elementos não estejam posicionados corretamente, a resposta não é revelada, e o jogo tem continuidade.

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Figura 5: Caso de Uso – Jogo do Cofre

Fonte: Autor (2019) Caso de Uso UC13– Sair da Cena Cofre

a) Módulo: Cofre b) Identificador: UC13

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para o usuário sair do jogo do cofre.

d) Ator(es): jogador. e) Precondições: Nenhuma f) Fluxo Principal:

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Caso de Uso UC14 – Digitar Senha a) Módulo: Cofre

b) Identificador: UC14

c) Sumário: este caso de uso descreve as etapas percorridas para completar o jogo do cofre. d) Ator(es): jogador.

1. O usuário clica em quatro botões para inserir a senha do cofre;

2. Após cada botão clicado, um mostrador de texto é atualizado com os caracteres inseridos; 3. Após quatro botões clicados, o controle do cofre confere se a senha está correta;

4. Com a senha correta, um valor de cofre aberto é inserido em PlayerPrefs; 5. O método do SceneManager é chamado para retornar à cena anterior; 6. O SceneManager carrega a cena solicitada.

g) Fluxo de Exceção: Nenhum.

h) Fluxo Alternativo: caso a senha não esteja correta após quatro botões clicados, todos os caracteres são removidos do mostrador de texto para permitir que uma nova senha seja inserida.