UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ - UECE Centro de Ciências Tecnológicas - CCT
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA - IFCE
Diretoria de Ensino e Pós-Graduação
MESTRADO PROFISSIONAL EM COMPUTAÇÃO – MPCOMP
DERIG ALMEIDA VIDAL
UM AMBIENTE UBÍQUO PARA O SUPORTE AO
COMPARTILHAMENTO DE RECURSOS EDUCATIVOS
FORTALEZA – CEARÁ Setembro de 2010
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DERIG ALMEIDA VIDAL
UM AMBIENTE UBÍQUO PARA O SUPORTE AO
COMPARTILHAMENTO DE RECURSOS EDUCATIVOS
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado Profissional em Computação Aplicada da Universidade Estadual do Ceará e Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará como requisito parcial necessário para obtenção do grau de Mestre em Computação Aplicada.
Orientador: Prof. DSc. Cidcley Teixeira de Souza.
FORTALEZA – CE Setembro de 2010
Título do trabalho: Um Ambiente Ubíquo para o Suporte ao Compartilhamento de
Recursos Educativos
Autor: Derig Almeida Vidal
Defesa em: 04/09/2010
BANCA EXAMINADORA:
_______________________________________________________________________ Cidcley Teixeira de Souza, DSc (IFCE)
Presidente (Orientador)
_______________________________________________________________________ Anilton Salles Garcia, DSc (UFES)
Membro Interno
_______________________________________________________________________ Miguel Franklin de Castro, DSc (UFC)
Membro Externo
FORTALEZA – CE Setembro de 2010
Agradecimentos
Ao Prof. Dr. Cidcley Teixeira de Souza, meu orientador, pelo grande apoio.
Agradeço também a Kelvin Sales, Felipe Cavalcante e Jânio Lima pelo auxílio no desenvolvimento e revisão desse trabalho.
Aos meus colegas da BOPIL, dentre eles: Márcia Tavares, Lairton, Lúcia, Deusa, Dora, Zilvone, Eliana, Zilda, Cidinha, Luiz Carlos, Carlos, Ivan, Alencar e Sr. Plínio, por permitirem e facilitarem a difícil conciliação entre trabalho e estudo.
Aos meus colegas do mestrado Tiago Rocha, Saulo, Wellington, Sidney, Tadeu, Andréia, Ágio, Herbert, Rodrigo e Ricardo por toda a alegria durante as aulas e mesmo fora delas.
Meus pais Terezinha Almeida Cunha (in memorian) e Vicente Vidal Cunha por todo o amor, apoio e educação durante toda a minha vida.
Aos meus familiares, em especial a Vilauba, Maroly (Belota) e José Marques (in memorian) pelo carinho e alegria.
Aos amigos Lucia, Lucas Honório, Lucas Faustino, Cláudio, Timóteo, Daisy, Kafka, Lucas Amorim, Felipe, Marcus Ogrady, Thiago Melo, Jader, Rodrigo Tavares, Cícero Herbert, Orlando, Chico Júnior, Amanda, Luisa, Barbara, Tiago Alencar, Thiago Lírio, Carlos Auberto, Paulo André, Yuri Bezerra, Wirginia, Tereza, Washington, Carlos Julian, Samuel, por toda a alegria e descontração.
"Seu tempo é limitado, então não o desperdice vivendo a vida dos outros". (Steve Jobs)
RESUMO
A computação está cada dia mais presente nas salas de aula apoiando o ensino e a aprendizagem através de ferramentas de software que disponibilizam aos alunos e aos professores diversas funcionalidades e formas de interação. Contudo, grande parte dessas ferramentas possui alto custo de implantação, não apóia o compartilhamento e a reutilização de material instrucional, bem como a sua utilização depende de ambientes especialmente preparados para o seu uso, demandando servidores, sistemas operacionais pagos e outros recursos dispendiosos. Neste sentido, este trabalho visa contribuir com a diminuição desses problemas, através da especificação, implementação e avaliação de um software distribuído. Este software é capaz de compartilhar, de forma ubíqua, objetos de aprendizagem (OA) e facilitar a reutilização dos OAs através da inserção de metadados. Também possibilita uma maior interação entre os usuários através da visualização sincronizada de slides de uma apresentação entre os participantes de aulas, palestras e reuniões. A avaliação realizada demonstrou resultado satisfatório.
PALAVRAS-CHAVE: Aprendizagem Ubíqua. Código Aberto. Computação Ubíqua. JXTA.
ABSTRACT
Computing is increasingly present in classrooms to support teaching and learning through software tools that provide students and teachers to various features and forms of interaction. However, most of these tools has high establishment, does not support the sharing and reuse of instructional material as well as its use depends on specially prepared environments for their use, requiring servers, operating systems and other expensive assets paid. Thus, this work aims to reduce these problems through the specification, implementation and evaluation of a distributed software. This software is able to share, so ubiquitous, learning objects (LOs) and facilitate the reuse of LOs by inserting metadata. It also allows greater interaction among the users by displaying a synchronized slide presentation among participants in classes, lectures and meetings. The evaluation showed satisfactory results.
KEY WORDS: JXTA. Learning Object Metadata (LOM). Open Code. P2P. u-Learning.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Cenário de utilização de diversos dispositivos numa sala de aula ... 17
Figura 2 - Comparação entre ambientes de aprendizagem. Adaptado de Ogata e Yano, 2003 ... 25
Figura 3 – Modelo P2P com diversos dispositivos ... 27
Figura 4 – Rede física x rede virtual JXTA. Adaptado de Traversat et al., 2003. ... 30
Figura 5 – Pipes entre Peers. Fonte: SILVA; MIGUEL; TAVARES, 2003 ... 30
Figura 6 - Configuração do JAPELAS. Fonte: YIN; OGATA; YANO, 2005 ... 35
Figura 7 - Arquitetura do ACUEM-PBL. Fonte: SANTANA et al., 2008 ... 36
Figura 8 – Arquitetura do GlobalEdu. Fonte: BARBOSA et al., 2008... 37
Figura 9 - Arquitetura do PeLeP. Fonte: LEVIS et al., 2007... 38
Figura 10 - Perfil do aprendiz no PeLeP. Fonte: LEVIS et al., 2007 ... 39
Figura 11 - A arquitetura típica de uma aplicação cliente/servidor MoCA. Fonte: VITERBO et al., 2006 ... 40
Figura 12 – Modelo de comunicação do MICA. Fonte: KADOUS; SAMMUT, 2004 ... 42
Figura 13 - Arquitetura Interblackboard Agent. Fonte: KADOUS; SAMMUT, 2004 ... 43
Figura 14 – Arquitetura da aplicação da aula on-line. Fonte: BOTELHO, 2006 ... 44
Figura 15 – Interfaces do (a) VirtuAula, (b) Treina TOM e (c) Adobe Acrobat Connect ... 45
Figura 16 - Interfaces das aplicações (a) Livenotes, (b) DyKnow e (c) Teamspace/MeetingClient ... 46
Figura 17 - A arquitetura do Ubiquitous Presenter. Fonte: WILKERSON; GRISWOLD; SIMON, 2005 ... 48
Figura 18 – Interface do apresentador e do espectador em: (a) Classroom Presenter e (b) Ubiquitous Presenter 48 Figura 19 – Versões do iPH. Fonte: MALCHER, 2007 ... 49
Figura 20 - Controle de sincronização do iPH entre diferentes papéis. Fonte: MALCHER, 2007 ... 50
Figura 21 – Arquitetura proposta para o sistema ... 57
Figura 22 - Troca de mensagens de sincronismo entre os módulos da arquitetura ... 59
Figura 23 – Diagrama de casos de uso ... 61
Figura 24 - Cenário de exemplificação de uso ... 62
Figura 25 - (a) interface de escolha de contexto (b) interface de criação de contexto ... 62
Figura 26 - Interface de importação de objetos de aprendizagem ... 64
Figura 27 - Interface de escolha de OA ... 65
Figura 28 - Interface de busca ... 66
Figura 29 – Interface principal da aplicação ... 66
Figura 30 - Interface de criação de sessão ... 68
Figura 31 – Janela de busca por sessões ... 68
Figura 32 - Saindo da sessão de apresentação ... 69
Figura 33 - Encerrando a sessão ... 70
Figura 34 – Interface principal da aplicação ... 72
Figura 35 – Interface de busca por objetos de aprendizagem ... 72
Figura 36 – Interface gráfica da classe GUIBuscarSessoes ... 73
Figura 37 - Exemplo de XML de um contexto ... 73
Figura 39 – Exemplo de XML informando a quantidade de slides ... 75
Figura 40 - Visão geral da hierarquia de elementos do LOM. Fonte: IMS, 2006 ... 76
Figura 41 – Formato do descritor de arquivo utilizado pelo CMS ... 81
Figura 42 - Tabela desenvolvida para aplicação nos testes e atribuição de notas ... 84
Figura 43 - Testador avaliando o sistema ... 86
Figura 44 - Aluna utilizando o sistema (a) e sincronização entre o slide exibido pelo professor e visualizado pelos alunos (b) ... 88
Figura 45 - Nova interface principal da aplicação ... 90
Figura 46 - Máquinas utilizadas na avaliação ... 91
Figura 47 - Comparação da quantidade de funcionalidades consideradas adequadas pelo testador nos dois protótipos ... 92
Figura 48 – Alunos utilizando o sistema ... 93
Figura 49 - Distribuição das respostas dos alunos que assistiram à aula on-line à pergunta 2 ... 94
Figura 50 - Distribuição das respostass dos alunos que assistiram à aula on-line à pergunta “A qualidade da aula utilizando o sistema é:” ... 94
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Características dos trabalhos citados ... 53
Tabela 2 - Requisitos não funcionais do sistema ... 56
Tabela 3 - Requisitos funcionais do sistema... 57
Tabela 4 - Funcionalidades disponíveis para cada participante ... 70
Tabela 5 - Mensagens trocadas durante a comunicação para sincronização ... 79
Tabela 6 – Notas obtidas na avaliação feita pelo testador ... 87
Tabela 7 – Resposta do questionário pelo professor... 89
Tabela 8 - Notas obtidas na nova avaliação feita pelo testador ... 91
Tabela 9 – Resposta do questionário pelo professor... 96
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
API Application Programming InterfaceAVA Ambiente Virtual de Aprendizagem CIS Context Information Service
CMS Content Management Service CS Configuration Service
DNS Domain Name System
EaD Educação a Distância
FJN Faculdade de Juazeiro do Norte HSLF Horrible Slide Layout Format
ICT Information and Communication Technology JRE JAVA SE Runtime Environment
LAN Local Area Network
LOM Learning Object Metadata NATs Network Address Translation OA Objeto de Aprendizagem OLE Object Linking and Embedding
P2P Peer-to-Peer
PDA Personal Digital Assistant
POI Poor Obfuscation Implementation XML eXtensible Markup Language
SUMÁRIO
1. Introdução ... 14 1.1. Contextualização ... 14 1.2. Motivação e Justificativa... 16 1.3. Objetivos ... 18 1.4. Metodologia ... 18 1.5. Resultados Esperados ... 19 1.6. Organização do Trabalho ... 19 2. Fundamentação Teórica ... 21 2.1. Computação Ubíqua ... 21 2.2. Educação Ubíqua ... 23 2.3. Redes P2P ... 25 2.3.1. O JXTA ... 27 3. Trabalhos Relacionados ... 32 3.1. Levantamento Bibliográfico ... 323.2. Análise do Estado da Arte ... 33
3.2.1. JAPELAS ... 34 3.2.2. ACUEM-PBL ... 35 3.2.3. GlobalEdu ... 36 3.2.4. PeLeP ... 38 3.2.5. MoCA ... 39 3.2.6. MICA ... 41
3.2.7. VirtuAula, Treina TOM e Adobe Acrobat Connect ... 43
3.2.8. Livenotes, DyKnow, Meeting Client, Virtual Multiboard e Tablet Mylar Slides. ... 45
3.2.9. Classroom Presenter e Ubiquitous Presenter ... 46
3.2.10. iPH ... 48
3.3. Conclusões da Análise do Estado da Arte ... 51
4. O Ambiente AmUbAS ... 54
4.1. Contribuições para a Presente Proposta ... 54
4.2. Proposta do Sistema AmUbAS ... 55
4.3. Requisitos do Sistema ... 55
4.4. Arquitetura Proposta ... 57
4.5. Casos de Uso ... 60
4.5.1. Definir contexto ... 62
4.5.3. Abrir OA convertido ... 64
4.5.4. Compartilhar OA ... 65
4.5.5. Baixar OA ... 65
4.5.6. Navegar no OA convertido e aberto ... 66
4.5.7. Criar sessão de apresentação ... 67
4.5.8. Ingressar em uma sessão de apresentação ... 68
4.5.9. Sair de uma sessão de apresentação ... 69
4.5.10. Encerrar sessão de apresentação ... 69
5. Implementação do Ambiente AmUbAS ... 71
5.1. Interface Gráfica com o Usuário ... 71
5.2. Gerenciador de OAs ... 74
5.3. Gerenciador de Contexto... 77
5.4. Gerenciador de Sincronismo ... 77
5.5. Gerenciador de Compartilhamento ... 79
5.6. P2P Control ... 80
6. Validação do Ambiente AmUbAS ... 82
6.1. Introdução ... 82
6.2. Casos de Teste ... 82
6.3. Resultados Obtidos na Avaliação do Primeiro Protótipo ... 85
6.4. Resultados Obtidos na Avaliação do Segundo Protótipo ... 90
6.5. Análise dos Resultados Obtidos nas Avaliações ... 96
7. Conclusões, Contribuições e Trabalhos Futuros ... 97
7.1. Conclusões ... 97
7.2. Trabalhos futuros ... 98
Referências Bibliográficas ... 101
Apêndice A - Diagramas do Sistema ... 106
1. Introdução
Este capítulo apresenta o contexto deste trabalho em relação à educação presencial e a utilização de computadores no apoio a essa modalidade de ensino, a motivação e os objetivos deste documento. Finalmente é exposta a organização do presente trabalho.
1.1. Contextualização
Atualmente, a computação baseada em computadores pessoais ou desktops, tradicionalmente estática, está emergindo para um paradigma altamente dinâmico (BARBOSA, 2008). A mobilidade do usuário, portando dispositivos móveis e acessando recursos através das tecnologias de rede sem fio, traz a necessidade de prover um acesso uniforme e imediato às suas informações (SATYANARAYANAN, 2001).
A aprendizagem ubíqua (u-Learning) através da utilização da computação ubíqua atende pró - ativamente as necessidades de acesso a conteúdos instrucionais em qualquer lugar e a qualquer hora, atuando de forma transparente ao usuário. Nesse modelo, a mobilidade do aprendiz e a percepção dos elementos que estão em seu entorno (contexto) são parte do processo educativo, que pode ocorrer de forma contínua, global e transparente.
Também é notória a grande valia do uso de ferramentas de comunicação síncrona, e assíncrona, como ferramentas apoiadoras do aprendizado, tanto à distância como em aulas presenciais.
Quanto à comunicação síncrona, pode-se entender como uma comunicação intermediada por um computador de forma simultânea no tempo. Isso permite uma interatividade entre os participantes (GUADAMUZ, 1997), mas necessita que todos os participantes estejam na rede ao mesmo tempo. Como exemplo pode-se citar a troca de mensagens instantâneas através do uso de um chat, a vídeo-conferência, a visualização compartilhada de slides ou outros recursos semelhantes.
Por outro lado, a comunicação assíncrona não possibilita a interatividade em tempo real, contudo não obriga aos participantes estarem ao mesmo tempo na rede. Como algumas ferramentas desse tipo destacam-se o uso de blogs, mensagens por e-mail, torpedos, textos, vídeos, etc. sendo que seus conteúdos não são gerados e transmitidos aos alunos em tempo real. Uma das vantagens é que o aluno pode acessar e fazer formação no seu momento de
interesse e disponibilidade, determinando assim o seu próprio ritmo, aproveitando melhor o tempo (ISHIKAWA et al., 2003).
Nos ambientes de aprendizagem, principalmente os utilizados na EaD (Educação a Distância), é uma constante a colaboração e o compartilhamento de recursos entre os educandos. Essa colaboração, entretanto, ainda é baseada, na sua grande maioria, em estruturas cliente-servidor tradicionais que possuem servidores nos quais os recursos compartilhados estão armazenados.
Contudo, as demandas atuais de acesso exigem cada vez mais uma maior quantidade de recursos computacionais, em termos, por exemplo, de capacidade de servidores e velocidades de conexão. De fato, essas exigências podem tornar inviável a experiência de colaboração em diversas instituições.
Dessa forma, há uma clara necessidade de se lançar mão de novas tecnologias para facilitar a implementação desses ambientes. Neste sentido, os sistemas P2P (Peer-to-Peer ou par-a-par) podem ser utilizados. Sistemas P2P são caracterizados pelo compartilhamento de recursos computacionais e serviços através da comunicação direta e descentralizada entre os sistemas envolvidos (ROCHA; NETTO; KON, 2007).
O P2P possui alta escalabilidade e dinamicidade permitindo que uma grande quantidade de usuários entre e saia dessa rede livremente (ROCHA; NETTO; KON, 2007), tornando-o extremamente atraente para a EaD por essa possuir uma natureza dinâmica (NGUYEN; SANCHEZ, 2004). Assim, o uso do P2P facilitaria a criação de comunidades de educação, o compartilhamento de arquivos, etc.
Os sistemas P2P são favoráveis tanto a softwares proprietários, o que o torna uma rede de compartilhamento limitada a um grupo, como também aos softwares livres, o que torna a rede P2P altamente escalável, aberta e praticamente ilimitada.
O software livre é definido formalmente como: “o software disponível com a permissão para qualquer um usá-lo, copiá-lo, e distribuí-lo, seja na sua forma original ou com modificações, seja gratuitamente ou com custo. Em especial, a possibilidade de modificações implica em que o código fonte esteja disponível. Se um programa é livre, potencialmente ele pode ser incluído em um sistema operacional também livre" (HEXSEL, 2002).
Existem softwares livres para executar uma infinidade de tarefas e funções, inclusive os Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVAs) que, quando livre, proporcionam a possibilidade de customização para atendimento de necessidades específicas de cada área de conhecimento (MASSARENTI, 2006).
De fato, os softwares livres, por terem o código aberto, permitem que se façam facilmente as mudanças necessárias em cada um deles, a fim de atender a essas necessidades do usuário (MASSARENTI, 2006). Outra característica importante é o baixo impacto na questão de custos.
1.2. Motivação e Justificativa
Os recursos multimídia têm sido utilizados com o objetivo de ampliar a interação em ambientes de reunião, salas de aula, congressos, etc. Dentre esses recursos se destacam os projetores multimídia. Por diversos motivos, algumas instituições ainda possuem dificuldades em oferecer este tipo de recurso e a interatividade provida por este ao aluno é pequena.
Além disso, a interatividade provida ao aluno por esse recurso é limitada. O aluno só pode tirar uma dúvida de um slide anterior, se repassar a pergunta ao professor. Este deve voltar à apresentação e discutir a dúvida com toda a turma. Isso, muitas vezes, inibe os alunos a perguntar e tirar dúvidas.
Entretanto, muitas aulas são realizadas em laboratórios de informática onde existem diversos desktops, enquanto nas reuniões muitos dos presentes possuem notebooks, handhelds, celulares, entre outros equipamentos com recursos computacionais, ou seja, a disponibilidade de computadores é alta, mas a de projetores é mínima.
Por fim, a disseminação e o gerenciamento de conteúdo educacional demandam certo esforço por parte de professores e alunos. Uma descrição de dois cenários típicos sobre este tema pode ser acompanhada a seguir.
Quando o professor deseja distribuir algum material aos alunos, ele normalmente imprime ou disponibiliza esse material em forma digital para que os mesmos os obtenham, seja em um grupo, blog ou site qualquer na Internet, ou por meio da cópia desse conteúdo em pen drive, CDs, DVDs, etc.
No primeiro caso, o professor localizou um material interessante na Internet, por exemplo, e deseja compartilhar com os alunos. Ele deve entrar na Internet e copiar esse material para a página. Em um segundo momento os alunos devem entrar no grupo, procurar o material e por fim baixá-lo. Essa tarefa é muitas vezes realizada após o final da aula, seja em casa, em uma lan house, trabalho, etc., muitas vezes de forma complicada e lenta, algo que faz com que o aprendiz postergue a busca e obtenção desse material e fique, por fim, sem estudar esse material.
O segundo caso é bem mais trabalhoso para o professor que deve, muitas vezes, pessoalmente, copiar todo o material para cada um dos alunos, correndo ainda o risco de sua máquina pegar vírus devido à inserção de pen drivers.
O gerenciamento de recursos educacionais é prejudicado quando a informação se encontra de forma desorganizada. Isso tende a piorar com o aumento de sua quantidade e com a falta de padronização dificultando a sua busca e reutilização.
Dessa forma, os conteúdos educacionais devem estar descritos e padronizados sob a forma de objetos de aprendizagem (OAs). Entende-se por objeto de aprendizagem (OA) qualquer entidade digital ou não (imagens, documentos, simulações, etc.) que pode ser usada para aprendizagem, educação ou treinamento (IEEE-LOM, 2002).
Segundo MOURA (2006) um OA deve ser descrito através de metadados. Os metadados são dados sobre as características mais relevantes de um determinado conteúdo para melhor gestão. Tais características podem ser agrupadas em categorias assim especificadas: geral, ciclo de vida, técnica, educacional, direitos de propriedade, relação, anotação e classificação, para melhor gerenciamento.
Neste sentido, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um ambiente ubíquo para o gerenciamento de apresentações multimídia em que os usuários possam fazer uso não apenas do projetor multimídia e dos desktops presentes no ambiente de ensino presencial, mas de outros recursos computacionais que trazem maior dinâmica para a aula e aumento da interação entre os alunos, e entre o aluno e o professor. Um exemplo de um cenário de utilização deste sistema pode ser visto na Figura 1.
Figura 1 - Cenário de utilização de diversos dispositivos numa sala de aula
A presente proposta também permite aos usuários compartilharem OAs de diversos tipos, sejam eles: apostilas, exercícios, trabalhos, apresentações, áudio, vídeo, etc. Além disso, o ambiente proposto também tem suporte a metadados, o que permitirá um melhor gerenciamento e reutilização dos OAs.
Quanto aos requisitos de custo, facilidade de interoperabilidade e de interconexão, e também as necessidades de adaptação futura do software a novos requisitos e horizontes de aplicação, o ambiente possui o seu código livre e é apoiado por uma rede P2P.
1.3. Objetivos
Este trabalho tem por objetivo especificar, implementar e avaliar um ambiente de aprendizagem ubíquo para o gerenciamento de apresentações multimídias e compartilhamento de arquivos em sala de aula. Este ambiente é capaz de prover a sincronização de apresentação de slides, compartilhar OAs, adicionar metadados aos OAs e adaptar-se ao contexto.
Os objetivos específicos deste trabalho constam de:
1. Propor uma arquitetura e a especificação do software; 2. Implementar um protótipo do sistema;
3. Avaliar o sistema através da utilização do protótipo em sala de aula.
1.4. Metodologia
Como já discutido anteriormente o trabalho volta-se à especificação, implementação e avaliação de um software para o auxílio a aulas presenciais, porém é necessário um estudo bibliográfico preliminar.
A metodologia utilizada para desenvolvimento desta dissertação é estratificada nas seguintes etapas:
a) Realização de pesquisa bibliográfica e na Internet a respeito da computação ubíqua ressaltando as suas características e a adaptação aos vários contextos;
b) Realização de pesquisa bibliográfica e na Internet sobre a educação ubíqua (u-Learning) comparando-a com as demais modalidades (e-Learning, EaD, m-Learning e p-Learning);
c) Realização de pesquisa bibliográfica buscando as principais características das redes P2P, bem como sobre o JXTA, obtendo as suas peculiaridades e os seus principais componentes;
d) Realização de um estudo exploratório na Internet sobre os trabalhos relacionados, bem como o levantamento de requisitos a serem analisados no estado da arte;
e) Descrição dos diversos trabalhos encontrados demonstrando as suas principais características, analisando as mesmas e levantando uma série de conclusões;
f) Enumeração das contribuições da presente dissertação e a elaboração da proposta do software, o que trás uma série de requisitos ao sistema. Com base nesses parâmetros é desenvolvida e descrita uma arquitetura e casos de uso para a aplicação. Por fim descrevendo as suas funcionalidades;
g) Implementação e descrição dos diversos módulos do sistema proposto;
h) Avaliação do sistema desenvolvido através de uma série de requisitos e metodologias, tanto em sala de aula como em testes de laboratório. Os dados coletados são utilizados para a melhoria do sistema;
1.5. Resultados Esperados
Dessa forma, ao final deste trabalho é obtida a especificação de um sistema chamado AmUbAS. O mesmo possui código aberto, flexível e adaptável permitindo modificações e expansões futuras.
Também é discutida a implementação do protótipo deste sistema. Através do protótipo desenvolvido é possível:
1. Criar uma rede P2P;
2. Realizar a conversão dos OAs para o padrão do sistema; 3. Adicionar metadados aos OAs;
4. Compartilhar os OAs convertidos; 5. Navegar na apresentação;
6. Sincronizar a apresentação de slides;
7. Configurar contexto e adaptar-se ao mesmo;
O sistema é avaliado tanto em laboratório como em sala de aula, obtendo um desempenho satisfatório.
Por fim, são propostos alguns trabalhos futuros.
1.6. Organização do Trabalho
A estrutura desta dissertação está organizada nos seguintes capítulos descritos a seguir. No Capítulo 2, são descritos os fundamentos teóricos desta pesquisa. Inicialmente é feita uma introdução a computação ubíqua ressaltando as suas principais características e caracterizando os principais tipos de adaptação ao contexto provida por esses sistemas. Ainda no Capítulo 2 são apresentadas as diferentes formas de ensino baseada em sistemas
computacionais e as vantagens e características da educação ubíqua. Por fim é descrita a rede P2P e a plataforma JXTA.
No Capítulo 3, é descrito o levantamento da pesquisa bibliográfica realizada sobre o tema. Também são descritos os requisitos utilizados para efeito de comparação entre as diversas propostas estudadas. A análise do estado da arte de diversos trabalhos relacionados é apresentada. Em seguida, os trabalhos estudados têm as suas características avaliadas. Finalmente, os pontos em aberto do estado da arte são apresentados, norteando as contribuições da atual proposta.
No Capítulo 4, são apresentadas as contribuições e a proposta do sistema, seus requisitos, sua arquitetura e os seus casos de uso.
No Capítulo 5, é discutida a implementação do sistema proposto, seus detalhes e tecnologias utilizadas, dentre elas o padrão LOM e a biblioteca POI.
No Capítulo 6, é abordada a validação do sistema. Inicialmente é realizada uma introdução sobre o tema. Depois são apresentados os casos de teste e a forma de avaliação. Por fim, são apresentados os resultados obtidos e a análise dos resultados.
Finalmente, no Capítulo 7, é apresentada a conclusão deste trabalho com as principais contribuições desta dissertação, as possibilidades de trabalhos futuros que podem ser integrados.
2. Fundamentação Teórica
Este Capítulo apresenta a fundamentação teórica para o presente trabalho. Através desta pesquisa, são descritas a computação ubíqua e a adaptação ao contexto. Em seguida, são descritas as várias formas de e-Learning e as vantagens da educação ubíqua. Finalmente, são apresentadas as características das topologias de rede centralizada e distribuída, focando principalmente as redes P2P e a plataforma JXTA, que é mais profundamente abordada.
2.1. Computação Ubíqua
O ambiente físico do mundo está cada vez mais instrumentalizado digitalmente, por exemplo, através do uso de uma grande quantidade de dispositivos de controle embutidos e sensores, que possuem a capacidade de perceber o ambiente e adaptar-se automaticamente a ele (POSLAD, 2009), devido à existência de muitas redes, cabeadas e sem fio, transmitindo conteúdo multimídia, tanto no trabalho quanto em casa. Desta forma, o crescente uso de dispositivos de controle e redes sem fios possibilita que mais dispositivos se desvinculem da localização.
Segundo Poslad (2009), o termo onipresente significa que se pode aparecer ou existir em todos os lugares. Combinado com computação forma o termo Computação Onipresente ou UbiCom. Esse termo é usado para descrever sistemas de ICT (Information and Communication Technology - Tecnologia de Informação e Comunicação) que permitem que informações possam estar disponíveis e tarefas possam ser realizadas em qualquer lugar, apoiando intuitivamente o ser humano e parecendo invisível a este.
A computação onipresente abrange um grande faixa de tipos de computadores. Não somente os dispositivos inseridos nos computadores de uso geral, mas também os sistemas embutidos e a diversidade de dispositivos de ICT, como: máquinas fotográficas, bancos 24 horas, sistemas de controle veicular, telefones móveis, eletrodomésticos, etc. As características dos sistemas embutidos são que eles são auto-suficientes e realizam tarefas específicas predefinidas.
O objetivo dos sistemas ubíquos não é apoiar a onipresença global, encadeando todos os sistemas para formar um serviço de domínio onipresente, mas sim apoiar a onipresença baseada em contexto (POSLAD, 2009).
Os benefícios da onipresença baseada em contexto incluem: limitar os recursos necessários para a oferta de serviços onipresentes, o que reduz o custo; limitar a quantidade de serviços oferecidos, disponibilizando apenas os serviços úteis; evitar a sobrecarga do usuário com muita informação e processo decisório; e, auxiliar o usuário na tomada de decisão baseada no contexto, tornando a escolha mais natural.
Segundo Poslad (2009) existem três tipos principais de abordagens baseadas em contexto suportadas pela computação ubíqua. São elas:
contexto do ambiente físico - pertencendo a alguma dimensão física ou a fenômenos, como: local, tempo, temperatura, chuva, nível claro, etc.
contexto humano (ou contexto de usuário ou contexto de pessoa) - aqui a interação é intimamente relacionada com o usuário em termos de: identidade; preferências; contexto social e outras atividades; experiência do usuário e conhecimento anterior; e, tipos de usuário.
contexto do ICT (ou contexto do ambiente virtual) - um componente particular em um sistema distribuído deve estar atento aos serviços que estão disponíveis internamente e externamente, localmente e remotamente, no sistema distribuído. Ou seja, características do equipamento, da rede, etc. Geralmente, o foco do relacionamento baseado em contexto dos sistemas ubíquos está na consciência do mundo físico, freqüentemente em relação a modelos de usuário e tarefas. Computadores onipresentes podem utilizar as características obtidas e aperfeiçoar os serviços oferecidos aos usuários.
Com a consciência de espaço ou consciência de localização, a consciência de contexto pode ser explorada em termos da localização atual ou em termos do local em relação a um ou a vários outros locais. Por exemplo, o local atual em relação a um começo ou localização de destino ou para uma rota.
Já a consciência temporal se refere a quando a consciência de contexto é útil: agora, depois ou durante alguma atividade. Isso pode ser definido em termos de um tempo absoluto ou em termos de um tempo relativo em relação a algum outro evento ou condição.
A consciência do contexto de usuário pode se beneficiar de uma consciência do contexto de alguém. O contexto de usuário é dividido em:
preferências pessoais - podem ser subdivididas em: contexto de identidade pessoal, por exemplo, se refere a uma pessoa em particular; contexto de
estereótipo pessoal, por exemplo, o padrão de ações determina o tipo do indivíduo, sua função.
contexto social - descreve como as ações de alguém podem afetar outros indivíduos, dependendo dos seus papéis na sociedade.
A consciência de ICT lida com o conhecimento sobre como qualquer contexto é criado e adaptado em cima de uma infra-estrutura de ICT. Por exemplo, uma aplicação consciente de contexto ou um contexto podem ser acessados através de uma conexão sem fios.
Um ponto importante quando é tratada a computação ubíqua é a questão da autonomia do sistema. A autonomia recorre à propriedade de um sistema que permite que o mesmo possa controlar as suas próprias ações independentemente, mesmo que conectado com outros sistemas e ambientes.
2.2. Educação Ubíqua
A educação à distância (EaD) proporciona conhecimento a um grande grupo de educandos distribuídos geograficamente em grandes áreas (PETERS, 2001). Essa modalidade de ensino está mais do que consolidada no Brasil, seja devido a políticas públicas, seja devido à própria dinamicidade do conhecimento que gera a necessidade de um aprendizado contínuo.
A EaD permite o desprendimento do aluno e do professor do interior das salas de aula, bem como permite o acesso ao conhecimento por parte de alunos que, de outra forma, não o teriam, como é o caso de: pessoas com baixos recursos financeiros, profissionais que possuem baixa disponibilidade de tempo para o estudo, alunos localizados a grande distância das unidades de ensino presencial, dentre outros motivos.
Além disso, a EaD permite a redução de custos, flexibilização de horários e a personalização de conteúdos as reais necessidades dos alunos, levando a educação ao aluno a qualquer hora e lugar.
Uma das formas para realizar a flexibilização do tempo e espaço buscada pela EaD é a utilização dos recursos da Internet. Chamada de e-Learning, ou aprendizagem eletrônica, ela proporciona uma maior interação entre alunos e professores de forma síncrona e/ou assíncrona, impulsionando a colaboração entre os mesmos.
O ensino e a aprendizagem estão cada vez mais apoiados por ferramentas móveis ou ocorrem em um ambiente em que existe uma grande disponibilidade de equipamentos móveis (ROSCHELLE, 2002), como PDAs (Personal Digital Assistant), telefones móveis, laptops e
tablet PCs. Esses dispositivos acessam a Internet por meio de redes sem fio, derrubando as limitações de locais de acesso. Assim, a aprendizagem poderá realmente ser realizada em qualquer hora e lugar. Isso se constitui o que é chamado de m-Learning (aprendizagem com mobilidade).
O desafio neste caso é desenvolver aplicações educacionais em um ambiente onde a disponibilidade de recursos é imprevisível. Por outro lado, também é complicada a obtenção de informações sobre o contexto da aprendizagem.
Por sua vez, o conceito de p-Learning (aprendizagem pervasiva) diz respeito à utilização de pequenos dispositivos (sensores, PDAs, etc.), muitas vezes embutidos nos equipamentos móveis que podem obter informações sobre o contexto do ambiente de aprendizagem, através da utilização de modelos do ambiente disponíveis em um computador dedicado, ou através da construção dinâmica deste modelo. Entretanto, a utilização e a disponibilidade da p-Learning é altamente limitada e localizada.
Por fim, a aprendizagem ubíqua (u-Learning) integra a m-Learning e a p-Learning (OGATA; YANO, 2003). Enquanto o aluno está se movendo com o seu dispositivo móvel, o sistema apóia dinamicamente a sua aprendizagem, atendendo pró - ativamente as necessidades dos usuários, atuando de forma transparente para os mesmos. Desse modo, o processo educativo pode ocorrer de forma contínua, global e transparente (BARBOSA, 2008). Para atender pró - ativamente às necessidades dos usuários existe a necessidade da percepção dos elementos que estão ao entorno (contexto) do aprendiz. Dentre esses elementos, pode-se destacar: a localização do aprendiz, os dispositivos utilizados pelo mesmo, as atividades realizadas, recursos disponíveis, dentre outros (BARBOSA, 2008). Assim sendo, o contexto deve ser considerado como parte integrante do processo educativo, auxiliando o aprendiz na sua própria aprendizagem e na percepção dos elementos que estão a sua volta.
Pode-se definir a u-Learning como um ambiente de aprendizagem que é suportado por computadores que são invisíveis na vida diária.
A e-Learning suporta enormemente a EaD, mas fica normalmente presa a desktops. Com a aprendizagem móvel e pervasiva, unidas na aprendizagem ubíqua, pode-se realmente levar o aprendizado a qualquer lugar e a qualquer hora, considerando, ainda, o contexto onde o aprendiz está inserido. Na Figura 2, obtida em Ogata e Yano (2003) é possível comparar as características dos vários ambientes.
Figura 2 - Comparação entre ambientes de aprendizagem. Adaptado de Ogata e Yano, 2003
2.3. Redes P2P
P2P é a sigla utilizada para peer-to-peer (em português, par-a-par). Segundo Taylor (2005) apud Shirky (2000) P2P é uma classe de aplicações que tiram proveito de recursos, por exemplo, armazenamento, ciclos de CPU, conteúdo, presença humana, disponível nas extremidades da Internet, para prover tais serviços a outros pares que os solicitam. Essas aplicações são designadas para trabalhar dentro de um ambiente altamente transiente, algo anteriormente impensável.
As tecnologias P2P reduzem o custo e facilitam a distribuição de conteúdo. Essa tecnologia permite a qualquer dispositivo de rede prover serviços para outro dispositivo de rede, agindo, assim, como cliente e servidor ao mesmo tempo (WILSON, 2002).
Em outras palavras, o P2P é o renascimento do conceito host-host antes abandonado. Como a Internet continua crescendo, tanto em conteúdo como em número de dispositivos conectados, a tecnologia P2P vem se sobressaindo de forma crescente (SUN, 2007). O P2P ficou enraizado na cultura da Internet através de aplicações como Gnutella e SETI@HOME e sendo citada como uma das quatro tecnologias que definirão o futuro da Internet (TAYLOR, 2005).
A sua popularidade se propagou entre o meio acadêmico e os círculos industriais. Porém, enormes controvérsias conduziram para que se desconfiasse dessa tecnologia como uma plataforma séria de sistemas distribuídos para a computação do futuro (TAYLOR, 2005).
Atualmente, várias aplicações muito populares na Internet utilizam o modelo de arquitetura P2P, como, por exemplo: MSN, Yahoo! Messenger, Skype, Napster, Gnutella, Kazza, SETI@home, Limewire, Freenet, ICQ, eMule, entre outros. Enquanto cada uma dessas
aplicações executa tarefas diferentes, todas elas compartilham as mesmas propriedades, como a busca de peers (pares), pesquisa de um arquivo ou transferência de dados.
O P2P cria um overlay virtual sobre a Internet, normalmente usando os protocolos TCP/IP ou HTTP (GRADECKI, 2002), realizando o compartilhamento de recursos (TAYLOR, 2005 apud FOSTER, 2003). Ele conecta usuários individualmente que utilizam dispositivos que entram e saem da rede constantemente, não possuindo, assim, endereços estáticos (por exemplo, devido ao DHCP) por estarem sujeitos a conectividades imprevisíveis com endereços de rede potencialmente variáveis, estando fora do padrão do DNS (Domain Name System). Ele também conecta computadores situados nas extremidades da Internet, localizados atrás de NATs (Network Address Translation), firewalls, etc., uma característica comum dos pares em uma rede P2P.
Segundo Taylor (2005), a arquitetura P2P apresenta três categorias de sistemas:
sistemas centralizados - todos os pares se conectam a um servidor que coordena e administra a comunicação. Um bom exemplo desta categoria é o SETI@Home, uma aplicação que compartilha a CPU de diversos computadores.
sistemas “brokered” (Brokered P2P) - onde um par se conecta a um servidor para procurar outro par, entretanto, a comunicação é administrada entre os pares. É o caso do Napster.
sistemas descentralizados - onde um par opera de forma independente sem a necessidade de serviços centralizados. A busca por outros pares é descentralizada e a comunicação acontece diretamente entre os mesmos. Aplicações como o Gnutella e Freenet fazem parte desta categoria.
Dessa forma, a rede P2P pode prover soluções mais úteis e robustas em cima de tecnologias atuais em muitas situações diferentes ajudando o crescimento, a colaboração e o compartilhamento na Internet.
Segundo o mesmo autor, Taylor (2005), o P2P será necessário para criar uma infra-estrutura de escalabilidade ubíqua da próxima geração.
2.3.1. O JXTA
Atualmente, o desenvolvimento de aplicações P2P é ineficiente porque desenvolvedores resolvem os mesmos problemas fazendo implementações em estruturas semelhantes, gerando assim uma redundância (duplicação). Além disso, a maioria das aplicações está presa a uma única plataforma, impossibilitando assim a comunicação e compartilhamento de dados com outras aplicações (SUN, 2007).
O JXTA (sigla da palavra juxtapose, que significa lado a lado) é um projeto que começou a ser desenvolvido pela Sun Microsystems com o objetivo de tentar solucionar o problema da incompatibilidade existente entre a maioria das aplicações P2P atuais (WILSON, 2002).
Essa incompatibilidade se dá porque cada aplicação tende a usar protocolos proprietários formando várias comunidades fechadas e independentes, incapazes de utilizar os serviços umas das outras (WILSON, 2002).
O JXTA cria uma plataforma com funcionalidades padronizadas, com um poderoso conjunto de especificações de protocolos P2P genéricos que permite qualquer dispositivo de rede (sensores, celulares, laptops, palms, servidores e supercomputadores) se comunicar, colaborando de forma a prover e receber recursos e serviços entre si (SUN, 2007). A interconexão de diversos tipos de dispositivos é representada na Figura 3.
Essa plataforma emprega o XML (eXtensible Markup Language) provendo uma base com formato padrão para dados estruturados que são bem compreendidos, bem suportados e facilmente adaptáveis para uma variedade de transportes. Também possui um formato humanamente legível, facilitando aos desenvolvedores a compreensão e depuração (WILSON, 2002). Esse conjunto de protocolos possibilita aos desenvolvedores comerciais criarem aplicações e serviços que possam interagir (GRADECKI, 2002). Qualquer um que deseje produzir uma nova aplicação P2P será poupado da dificuldade de desenvolver protocolos para controlar o núcleo de funções da comunicação P2P (WILSON, 2002).
Os protocolos JXTA padronizam os procedimentos como cada par pode: encontrar um ao outro, organizar-se em grupos, disponibilizar e descobrir recursos de rede, além de comunicar-se entre si e monitorar um ao outro (SUN, 2007).
O JXTA supera falhas potenciais de muitos sistemas P2P existentes (SUN, 2007), como, por exemplo:
Interoperabilidade - ela habilita peers a proverem serviços P2P para se comunicar com outras redes independentemente do endereço de rede e do protocolo físico, por possuírem um esquema de endereço global único e independente do tradicional serviço de nomes
Independência de Plataforma – a tecnologia JXTA é projetada para ser independente da linguagem de programação e de plataformas de desenvolvimento;
Onipresença - ela é projetada para estar acessível a qualquer dispositivo digital, não somente computadores.
Para facilitar essa doutrina, como também outras, a plataforma não foi criada com base em uma linguagem de programação específica, podendo ser utilizados, como por exemplo, nas plataformas Java Standard Edition (JSE), Java Micro Edition (JME) C/C++, .NET e Ruby (SUN, 2007). Além disso, podem ser implementados sobre diversos protocolos, como: TCP/IP, HTTP e Bluetooth, mantendo compatibilidade global com todos os outros protocolos de transporte (SUN, 2007). Sua plataforma foi criada através de um processo planejado, e o resultado é uma especificação que descreve os pontos principais do sistema e provê informações para implementação (GRADECKI, 2002).
Deve ser realçada a necessidade dos desenvolvedores equilibrarem flexibilidade com desempenho ao implementarem aplicações P2P (WILSON, 2002). O JXTA pode não ser a melhor e mais eficiente solução para implementação de aplicações P2P particulares. Porém, JXTA provê a melhor plataforma para produzir aplicações P2P que tem a flexibilidade
exigida para crescer no futuro, a capacidade para uma mediação de outros serviços P2P e habilitar a difusão dos desenvolvedores da comunidade P2P (WILSON, 2002).
2.3.1.1. Os Componentes do JXTA
O JXTA define algumas abstrações importantes de rede que permitem a formação de uma camada de rede virtual. Essas abstrações são as seguintes:
JXTA ID - cada elemento participante da rede possui um identificador de 128 bits que garante uma identificação única na rede;
Advertisements - representam uma abstração de um determinado recurso disponível em uma rede JXTA descrevendo-o em estruturas de metadados XML. Toda e qualquer publicação e descoberta de objetos participantes na rede JXTA é feita através de publicação de advertisements específicos.
Peer - é qualquer entidade que possa participar e interagir com a rede, seja ela um computador, um processo, um processador ou até mesmo um usuário. São responsáveis também pela criação de recursos e serviços.
Peer groups - é um agrupamento de peers que tem algo em comum, como por exemplo, o seu conteúdo compartilhado, e seguem as regras definidas e atribuídas pelo seu criador.
Pipes - são canais de comunicação virtuais usados para envio e recebimento de mensagens entre peers. Não estão associados fisicamente com a localização/endereço de um peer e são identificados por um pipe ID, possibilitando que aplicações e serviços que se comunicam através de pipes não sejam afetados pela mudança de localização dos peers e eventuais mudanças de rota que possam acontecer durante a transmissão de dados. São utilizados para comunicação entre peers de uma forma transparente. Na Figura 4 é demonstrada a abstração de endereços físicos na rede virtual JXTA.
Figura 4 – Rede física x rede virtual JXTA. Adaptado de Traversat et al., 2003.
Possibilitam também uma comunicação assíncrona, definindo pipes de entrada e saída. Mensagens são enviadas pelos pipes e recebidas pelos ouvintes registrados neste pipe, podendo-se restringir o conteúdo a ser trafegado e prover comunicação segura entre os endPoints. Na Figura 5 é exemplificada a comunicação entre peers através de pipes.
Figura 5 – Pipes entre Peers. Fonte: SILVA; MIGUEL; TAVARES, 2003
Endpoints - é o endereço de rede ao qual um peer está localizado. Ao se estabelecer uma conexão entre peers os pipes se encarregam de saber o endpoint dos participantes, abstraindo os peers de um endereçamento físico.
JXTA messages - são mensagens XML padronizadas, utilizadas para a comunicação entre os peers. A comunicação é feita enviando e recebendo mensagens de vários tipos, cada um específico para o tipo de conteúdo trafegado.
Rendezvous peers - são peers especiais que indexam informações sobre outros peers que ele tem conhecimento Dessa forma, este peer pode ajudar na busca por um peer específico ou no roteamento de mensagens propagadas na rede. Caso não haja nenhuma informação disponível em seu índice, a requisição é passada adiante para outro rendezvous peer, e assim por diante. Eles são de fundamental importância na rede para diminuir o tráfego de mensagens enviadas e para otimizar o processo de busca de recursos, evitando que a busca propague-se pela a rede inteira. São os super nós da rede híbrida.
Relay peers - são peers que permitem a conexão entre peers conectados a redes distintas, por exemplo, através da Internet, realizando o roteamento de mensagens. Ele permite cruzar firewall e NATs.
Desta forma são perceptíveis as vantagens da utilização da computação ubíqua em união aos processos de ensino e aprendizagem através da u-Learning. Também são destacadas as grandes possibilidades de integração e interação por meio da utilização de redes distribuídas com a arquitetura P2P e a relativa facilidade de sua implementação através dos recursos disponibilizados pelo JXTA.
No capítulo a seguir é realizado um levantamento bibliográfico e apresentada uma análise do estado da arte.
3. Trabalhos Relacionados
O propósito deste capítulo é apresentar o levantamento bibliográfico e a análise do estado da arte sobre ambientes ubíquos com suporte a interação com material multimídia em sala de aula. Dessa forma, obteve-se um levantamento das principais características presentes nesses trabalhos e, finalmente, é realizada uma análise dos trabalhos apresentados.
3.1. Levantamento Bibliográfico
Inicialmente é realizada uma busca em sites de pesquisa como: Google Acadêmico, IEEE Xplore, bem como em bibliotecas digitais de diversas universidades brasileiras, buscando obter uma coletânea de artigos, dissertações e teses, tanto nacionais quanto estrangeiras, relacionadas com o presente trabalho.
Os trabalhos encontrados são classificados em quatro tipos diferentes, de acordo com suas características: ambientes de aprendizagem ubíquos (sensíveis ao contexto); midllewares para ambientes de aprendizagem ubíquos; ambientes de aprendizagem com apresentação multimídia e em ambientes de aprendizagem ubíquos com apresentação multimídia. Esse último tipo está diretamente relacionado com a presente aplicação, enquanto os três primeiros apenas indiretamente.
Dentre os ambientes de aprendizagem ubíquos (sensíveis ao contexto), destacam-se o JAPELAS (YIN; OGATA; YANO, 2005), o ACUEM-PBL (SANTANA et al., 2008) e o GlobalEdu (BARBOSA et al., 2008), por suas características ubíquas centradas no relacionamento entre usuários, adaptação do conteúdo a uma diversa gama de dispositivos, e adaptação devido as características do usuário e de sua localização, respectivamente, conforme descrição dada na seção 2.1.
Uma grande quantidade de midllewares para ambientes de aprendizagem ubíquos foram encontradas. São analisados os trabalhos: PeLeP (LEVIS et al., 2007), MOCA (VITERBO et al., 2006) e MICA (KADOUS; SAMMUT, 2004). Esses ambientes são destacados por servirem de exemplo a diversos modelos de suporte a consciência de contexto de localização (conferir seção 2.1).
Quanto aos ambientes de aprendizagem com apresentação multimídia encontrados, são enfatizados os seguintes: Livenotes (KAM, 2002), DyKnow (DYKNOW, 2009), Meeting Client (GEYER et al., 2001), Classroom Presenter (ANDERSON et al., 2007), Virtual
Multiboard (RÖßLING et al., 2004) e Tablet Mylar Slides (GOLUB, 2004). Essas ferramentas fazem uso de recursos multimídia em sala de aula presencial. Já os ambientes: VirtuAula (BOTELHO, 2006), Treina TOM (TREINA TOM, 2009), Adobe Acrobat Connect (Adobe Acrobat Connect, 2009), auxiliam na EaD. Todas essas ferramentas possuem como forma de interação, no mínimo, a apresentação de slides, podendo apresentar diversas outras formas, como: vídeo, áudio, chat, etc.
Por fim, os ambientes de aprendizagem ubíquos com a funcionalidade de apresentação multimídia são: iPH - Interactive Presenter for Handhelds (MALCHER, 2007) e Ubiquitous Presenter (WILKERSON; GRISWOLD; SIMON, 2005).
3.2. Análise do Estado da Arte
A seguir é apresentada uma descrição dos ambientes escolhidos para análise e de suas principais características. Para efeito de comparação entre os mesmos, são analisados os seguintes requisitos:
Consciência contexto, ou seja, se possui as características, ou pelo menos alguma, das citadas durante a seção 2.1, do capítulo de fundamentação teórica;
Adaptativo ao contexto, ou seja, se altera de certa forma a aplicação e/ou o conteúdo e/ou a forma de interação dependendo das características do contexto de forma automática;
Emprego em dispositivos móveis, como, por exemplo, em handhelds;
Arquitetura empregada pela proposta possui a estrutura centralizada (cliente-servidor) ou distribuída, características estas abordadas na seção 2.3;
Software livre o que representa o requisito de economia de software, através do uso de tecnologias gratuitas;
Compartilhamento de objetos de aprendizagem (OAs), como exercícios, livros e apostilas, dentre outros. Esse quesito contribui com o aumento do nível de cooperação entre os usuários;
Persistência da apresentação, permitindo ao usuário ver ou rever a apresentação após a realização da mesma (off-line);
Suporte a metadados, neste caso, a aplicação permite que sejam adicionados metadados (informações relevantes são utilizadas em categorização, melhorando um possível gerenciamento) à apresentação.
A seguir, é feita a descrição dos trabalhos selecionados.
3.2.1. JAPELAS
O JAPELAS - Japonese Polite Expressions Learning Assisting System (YIN; OGATA; YANO, 2005) dedica-se a facilitar o aprendizado de expressões de tratamento, baseando-se nas situações sociais aonde é empregado. Para isso, ele faz uso de handhelds nos quais é armazenado um dicionário de expressões em que os usuários podem adicionar as expressões e compartilhá-las com os demais usuários. O JAPELAS pode, inclusive, citar exemplos de uso da expressão na vida diária. A utilização de tal ferramenta é necessária devido à grande dificuldade que os estrangeiros têm em aprender as expressões formais japonesas, por elas variarem devido ao contexto social, como distância, formalidade, etc.
O JAPELAS apóia as teorias pedagógicas do aprendizado por demanda, bem como a aprendizagem autêntica. Ele permite o aprendizado colaborativo entre os estudantes, tanto na sala de aula, quando um usuário está cara a cara com outro, bem como fora da sala, utilizando em seu cotidiano.
O JAPELAS possui os seguintes modelos: (1) Modelo do Estudante (Learner model): Ele armazena o perfil do estudante, como: nome, idade, sexo, escolaridade, amigos, familiares, etc. Esses dados são informados pelo próprio estudante. Além disso, ele pode detectar a compreensão dos estudantes durante o uso e acumular informações de outros alunos com quem o estudante tiver se encontrado. (2) Modelo do Ambiente (Environmental model): Esse modelo contém os dados sobre as salas de uma determinada área. A sala é detectada pelo gerenciador de localização que utiliza etiquetas RFID e GPS. A localização é utilizada para determinar a formalidade da conversa. (3) Modelo educacional (Educational model): Esse modelo gerencia as expressões como materiais de aprendizagem. O professor introduz as expressões básicas e tanto o professor como os alunos podem acrescentar ou alterar suas expressões durante a utilização do sistema. (4) Comunicação por infravermelho: O infravermelho não requer nenhuma infra-estrutura, nem configurações, possibilitando a comunicação direta entre dois usuários e a troca de informações com outros usuários de forma síncrona. Além disso, o IR simplifica a designação do alvo da comunicação, apenas necessitando apontar para a pessoa. (5) Gerenciador de Localização (Location manager): Com os RFIDs e o GPS, detectando a localização do estudante. O primeiro é utilizado em salas, em casa, etc., sendo colocados nas portas de entrada das salas. Já o GPS é usado fora desses ambientes. (6) Expressão Recomenda (Polite expression recommender): Esse módulo
prevê regras adequadas para a expressão na situação. Na Figura 6 é exibida a arquitetura do sistema.
Figura 6 - Configuração do JAPELAS. Fonte: YIN; OGATA; YANO, 2005
Dessa forma o JAPELAS, dependendo da localização (consciente de localização) e do nível de familiaridade entre usuários (contexto social), informa ao mesmo qual a expressão mais adequada para a situação.
O código da aplicação não é disponível para modificações pelo usuário.
3.2.2. ACUEM-PBL
Resumidamente, o ACUEM-PBL (SANTANA et al., 2008) possui o Portfólio Reflexivo Eletrônico contendo: gerenciadores de usuários, grupos de usuários e documentos armazenados. No entanto, devido à grande variedade de dispositivos é necessária a adaptação do conteúdo para que sejam visualizados por estes. Para isso, é utilizado um servidor de intermediário (Adaptation Proxy) que possui três servidores de adaptação, um para cada tipo de conteúdo, como: MultimediaAdapter, que adapta imagens; LanguageTranslator, que converte linguagens de marcação; e NavigationAdapter, que organiza a apresentação do conteúdo, exibindo primeiramente os tópicos mais relevantes. A Figura 7 ilustra a arquitetura centralizada para adaptação de conteúdo no ACUEM-PBL.
Figura 7 - Arquitetura do ACUEM-PBL. Fonte: SANTANA et al., 2008
No Adaptation Proxy possui uma política de adaptação que é composta pelas regras de adaptação e perfis que indicam as condições que devem ser atendidas para que as ações correspondentes a uma determinada adaptação sejam executadas.
Os perfis descrevem o ambiente de computação ubíqua (Consciência do Dispositivo ou ICT System Awareness) informando, por exemplo: características e capacidades dos dispositivos de acesso; dados pessoais e preferências dos usuários; condições da rede de comunicação; e características dos conteúdos requisitados.
Isso possibilita que os diferentes conteúdos sejam adaptados e acessados por vários dispositivos ubíquos, considerando as particularidades dos usuários e das redes de acesso.
O código da aplicação também não é disponível.
3.2.3. GlobalEdu
O GlobalEdu (BARBOSA et al., 2008) é uma infra-estrutura para suporte a processos educacionais direcionado à educação ubíqua. O sistema é composto de Módulos Educacionais e de um Agente Pedagógico, que acompanha o aprendiz, assistindo o processo educacional, independente do dispositivo de acesso. O modelo possibilita a interação do aprendiz com os recursos e o ambiente ao seu redor, de forma contínua, através da percepção da sua mobilidade e de seu contexto.
Esses aspectos são providos através do uso de informações do perfil do aprendiz, de objetos de aprendizagem e de elementos de contexto como instrumentos de apoio à educação.
Figura 8 – Arquitetura do GlobalEdu. Fonte: BARBOSA et al., 2008
A CA (Camada de Aplicação) contém o Agente Pedagógico (AP) que auxilia o aprendiz no ambiente ubíquo, tendo como objetivo servir de interface entre o aprendiz e o ambiente.
O AP possui consciência do contexto e com o auxílio dos Módulos Educacionais (ME), apresenta ao aprendiz informações de acordo com suas necessidades e o local em que ele está, relacionando contexto e recursos conforme seus objetivos e interesses.
O ME Gerencia Perfil manipula o perfil do aprendiz, gerando e fornecendo essa informação aos demais módulos da arquitetura. Informações referentes ao estilo de aprendizagem do aprendiz, suas atividades e seu histórico no ambiente são usadas para compor o perfil.
O ME Gerencia Contexto controla informações do contexto de interesse do aprendiz e da adaptação dos recursos que ele está manipulando, gerenciando aspectos de contexto social (Social Context ou User Context) e físico (Consciência de Localização - Spatial Awareness) do aprendiz.
Os Módulos de Suporte são responsáveis pelos elementos que auxiliam a execução do AP e dos Módulos Educacionais. Os Módulos de Suporte são os seguintes: Acesso (registra e controla o acesso do aprendiz no GlobalEdu, podendo gerar seu histórico de mobilidade), Persistência (armazena o estado do AP e dos demais dados sobre o aprendiz) e Comunicação (abstrai os elementos do ambiente e o sistema de execução).
3.2.4. PeLeP
O PeLeP - Pervasive Learning Profile (LEVIS et al., 2007) é dedicado ao gerenciamento de perfis de aprendizes em um ambiente ubíquo de ensino e aprendizagem. O modelo administra os perfis automaticamente, inferindo informações através do histórico do aprendiz.
Ele foi concebido para ser conectado a um sistema ubíquo que forneça determinadas informações de Tracking, que consiste no histórico do aprendiz gerado durante a utilização do sistema por um período de tempo. As informações normalmente são fornecidas por um sistema de localização. A Figura 9 mostra a arquitetura do PeLeP (localizado em diversos servidores espalhados nos locais, em salas de uma faculdade, por exemplo) e sua integração com o sistema ubíquo.
Figura 9 - Arquitetura do PeLeP. Fonte: LEVIS et al., 2007
A organização das informações recebidas no tracking é realizada pelo módulo Filtro de Tracking. Este módulo filtra os dados, organizando-os para as operações posteriores do PeLeP. O módulo Normalização de Dados padroniza os dados numéricos para os cálculos de Fatores de Certeza (FC). Esses cálculos servem de suporte para determinar as alterações automáticas nos perfis dos aprendizes.
Ele é compatível com o sistema GlobalEdu. No perfil do aprendiz são armazenadas diversas categorias de informação. São elas: Identificação, objetivos, Preferências, Segurança, Competências, Relacionamentos e Agenda. Na Figura 10 são exibidas as informações contidas em cada categoria no perfil do aprendiz.
Figura 10 - Perfil do aprendiz no PeLeP. Fonte: LEVIS et al., 2007
Dessa forma, o PeLeP obtém os dados sobre localização (Consciência de Localização) e perfil do aluno (Consciência do Contexto do Usuário) e o altera automaticamente.
O software não é livre e existe suporte ao uso de dispositivos móveis.
3.2.5. MoCA
MoCA - Mobile Collaboration Architecture (VITERBO et al., 2006) é uma arquitetura que oferece suporte ao desenvolvimento de aplicações distribuídas sensíveis ao contexto que envolvem dispositivos móveis interconectados através de redes wireless LAN (Local Area Network) infra-estruturadas. Os serviços disponibilizados pela MoCA provêem meios para coletar, armazenar e processar informações de contexto obtidas dos dispositivos móveis em uma rede sem fio. Além disso, MoCA integra um conjunto de API’s para o desenvolvimento de aplicações que interagem com esses serviços como consumidores de informações de contexto.
Na sua forma mais geral, uma aplicação desenvolvida com base na MoCA é composta por um servidor da aplicação, normalmente executado na rede fixa, e os clientes da aplicação, que são executados em dispositivos móveis. O servidor da aplicação é também um cliente dos serviços MoCA, ou seja, um consumidor de informações de contexto. Ele registra serviço no DS (Discovery Service), informando seu endereço e características do serviço, e poderá ser
localizado pelos clientes da aplicação. A arquitetura típica de uma aplicação MoCA que adota o modelo cliente/servidor é mostrada na Figura 11.
Figura 11 - A arquitetura típica de uma aplicação cliente/servidor MoCA. Fonte: VITERBO et al., 2006
No dispositivo móvel é executado também o Monitor, serviço responsável por coletar e divulgar as informações de contexto do dispositivo e da rede. Dentre as informações coletadas estão: a qualidade da conexão sem-fio, a carga da bateria, o uso da CPU, a memória livre, o ponto de acesso corrente (AP), e uma lista de todos os pontos de acesso dentro do alcance do dispositivo e a respectiva potência dos sinais recebidos. Tais informações são enviadas periodicamente para o serviço de informação de contexto, o CIS (Context Information Service), identificado através do serviço CS (Configuration Service), que disponibiliza informações sobre qual servidor CIS é responsável por coletar dados do dispositivo e qual deve ser a periodicidade do envio de dados.
O CIS recebe, armazena e processa as informações de contexto enviadas pelas instâncias do monitor em execução nos diversos dispositivos móveis. Essas informações podem ser consultadas pelas aplicações interessadas de forma síncrona ou assíncrona. Através de consultas síncronas, aplicações podem solicitar informações atualizadas sobre o contexto de um determinado dispositivo. Através de consultas assíncronas, aplicações podem registrar interesse em estados específicos. As informações disponibilizadas pelo CIS podem ser utilizadas para derivar informações de contexto de mais alto nível por outro serviço.
