Educação e Realidade Aumentada: Busca e análise de um ambiente colaborativo

EDUCAÇÃO E REALIDADE AUMENTADA: BUSCA E ANÁLISE DE UM AMBIENTE COLABORATIVO Alex Paiva (UTFPR) Vinicius Godoy (PUC-PR) Hilton Azevedo (UTFPR) Alexandre Loureiro

Resumo: Descreve-se o processo de busca, escolha e estudo de uma TIC apoiada pelo recurso de Realidade Aumentada que proporcione um ambiente interativo para a prática de conteúdos ligados à Alfabetização e ao Letramento, e que ao mesmo tempo fomente o desenvolvimento de habilidades como a colaboração, a interação e a autonomia. A partir de levantamento bibliográfico foi eleita a tecnologia Mesa Alfabeto por se adequar a abordagem da Aprendizagem Colaborativa Apoiada por Computador. Com base nesta tecnologia, um experimento é conduzido junto a alunos do quinto ano demonstrando uma riqueza de intercâmbios entre integrantes do grupo fomentando a colaboração, a interação e a autonomia. Palavras-chave: Realidade Aumentada, Colaboração, Interação, CSCL, Mesa Educacional Alfabeto. Abstract: The article describes the search, selection and analysis of an ICT resource supported by Augmented Reality that creates an interactive environment for the teacher to be able to practice curriculum content (literacy), and that at the same time promotes the development of skills such as collaboration, interaction and autonomy. From a literature review the technology Mesa Alfabeto was elected for it is in accordance with the Computer Supported Collaborative Learning approach. Based on this technology, an experiment was conducted with 5th grade students showing a rich exchange of information among group members reinforcing collaboration, interaction and autonomy. Key-words: Augmented Reality, Collaboration, Interaction, CSCL, Alfabeto Educational System

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Introdução O artigo relata parte do trabalho de pesquisa sobre o ESTUDO DE PERFIS INTERATIVOS EM CRIANÇAS PARA A FORMAÇÃO DE PEQUENOS GRUPOS DE TRABALHO, conduzido no Programa de Mestrado em Tecnologia da UTFPR, campus Curitiba. De acordo com Pinch e Bijker (1997), sabe-se que existe uma forte ligação entre tecnologia e fatores sociais, caracterizando-se como um tecido emaranhado e sem costuras. Ela seria construída socialmente a partir de grupos de consumidores, de interesses políticos e econômicos. Esses elementos influenciariam não apenas a forma final de uma tecnologia, mas inclusive seu conteúdo (PINCH; BIJKER, 1997). Neste contexto, para Feenberg (1995) a tecnologia não seria apolítica, pois estaria conectada ao processo de concepção e à identidade de uma sociedade. O fazer e o saber tecnológico estariam arraigados com a cultura e as necessidades da sociedade que seria afetada pelo seu desenvolvimento. Em pesquisas sobre a utilização de tecnologias em prol da aprendizagem do aluno do século XXI (SALPETER, 2009; PEDRO et al., 2010), a colaboração, a interação e a autonomia aparecem como habilidades que mereceriam destaque. Entretanto, é preciso refletir como e onde poderiam autonomia, interação e a colaboração serem inseridas no contexto escolar, auxiliando o professor a desenvolver práticas que explorem e fomentem competências transversais como a interação social. Nosso objetivo principal neste estudo exploratório foi eleger uma ferramenta de Tecnologia de Informação e Comunicação (TIC) que proporcionasse um ambiente para a prática de conteúdos curriculares (alfabetização), e que ao mesmo tempo pudesse fomentar o desenvolvimento de habilidades fundamentais para o desenvolvimento humano tais como a colaboração, a interação e a autonomia. Neste artigo pretende-se apresentar o relato de como se deu a escolha de uma TIC específica que se utilizasse do recurso de realidade aumentada (RA) e a descrição de uma primeira abordagem de como essa tecnologia foi empregada para mapear

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as interações entre os membros de grupos aprendizes.

O trabalho inicial da

pesquisa, apresentado aqui, limita-se a um estudo preliminar quantitativo das intervenções e interlocuções dos participantes por meio da análise de gravações de vídeo das atividades realizadas no experimento.

Descrição do problema A partir de investigação de diversos ambientes apoiados por tecnologia tais como “Aprendizagem apoiada por Computador” (Compute-aided Learning – CAL), “Instrução Conduzida por Computador” (Computer Assisted Instruction – CAI) ou “Sistemas

de

Tutores

Inteligentes”

(Intelligent

Tutoring

System

–

ITS),

identificamos que um ambiente que proporciona bastante interação e colaboração entre os alunos, sugerindo um bom potencial para desenvolvimento da autonomia dos mesmos é a “Aprendizagem Colaborativa apoiada por Computador” (Computer Supported Collaborative Learning - CSCL). Para Lipponen (2002), o ponto forte de ambientes CSCL é como o aprendizado colaborativo apoiado pela tecnologia potencializa

a

interação

entre

indivíduos

de

um

grupo

facilitando

o

compartilhamento e distribuição do conhecimento e da expertise entre os participantes da atividade. Entretanto, Nussbaum et al. (2009) argumenta que geralmente, atividades colaborativas sofrem de certas limitações derivadas do uso de computadores desktop. Por exemplo, o estilo de colaboração apoiado pela maioria das aplicações CSCL requer que os aprendizes juntem-se ao redor de um único computador e dividam o mouse e o teclado (ZURITA; NUSSBAUM, 2004). Aqui pode-se identificar que este problema está relacionado a dois pontos: à tecnologia em si e também aos dispositivos utilizados. Durante as últimas três décadas, o design de equipamentos eletrônicos inteligentes foi direcionado especialmente para usuários únicos (ZURITA; NUSSBAUM, 2004). Acreditando que ambientes CSCL podem fomentar o desenvolvimento da colaboração, da interação e da autonomia, fomos em busca de equipamentos que pudessem trabalhar estas habilidades e que

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também contassem com recursos de realidade aumentada dentro de um viés educacional. Durante nossa pesquisa encontramos divergências entre as diversas definições do termo realidade aumentada e realidade virtual. Segundo Azuma (1997), a diferença entre realidade virtual e realidade aumentada (RA) é que, a primeira faz a imersão completa do usuário num ambiente virtual sintético. Enquanto nesse ambiente, o usuário não pode ver o mundo real e tem uma noção clara de que tudo o que vê não é real. Já a segunda, permite que o usuário perceba o mundo real, com elementos virtuais sobrepostos sobre ele. Assim, a realidade aumentada suplementa a realidade ao invés de substituí-la. Azuma (1997) nos apresenta ainda três características básicas de uma aplicação RA:  a combinação entre o real e o virtual;  a aplicação deve ser interativa e trabalhar em tempo real;  a aplicação deve possuir recursos gráficos tridimensionais (3D). Levando em conta estas características de recursos RA e também as de ambientes CSCL nos deparamos com artefatos construídos com base no conceito de “mesa interativa” onde dispositivos de entrada alternativos (módulo eletrônico e câmera) são utilizados como meios para fomentar a colaboração. Com base nos dados levantados e após análise de alguns artefatos tecnológicos construídos a partir do conceito de mesa interativa, pudemos analisar a Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada.

Análise do artefato O sistema de aprendizagem Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada oferece diversas possibilidades de aprendizagem para seus usuários. Segundo o manual do produto, o trabalho com essa ferramenta tecnológica torna a Universidade Federal de Pernambuco NEHTE / Programa de Pós Graduação em Letras CCTE / Programa de Pós Graduação em Ciências da Computação

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experiência do aluno colaborativa e multissensorial, pois ao trabalharem em grupo, os alunos que participam de uma atividade, se inter-relacionam com seus colegas além de serem estimulados constantemente por meio da riqueza dos materiais que essa tecnologia proporciona. O desenvolvimento deste artefato tecnológico foi fundamentado, entre outras coisas, no conceito de Mesa Pedagógica que tem como proposta integrar de maneira efetiva o concreto (interfaces de hardware) e o abstrato (regras implementadas em software). A Mesa Pedagógica por ser constituída de interfaces bastante versáteis, pode ser configurada por software, para atender situações de aprendizagem bastante distintas. Segundo a empresa desenvolvedora, o artefato em questão, presente no mercado educacional a mais de dez anos, em diferentes versões, teve como premissa de desenvolvimento a criação de um ambiente que acomodasse de dois a seis usuários interagindo de maneira confortável nas atividades propostas. O artefato é constituído basicamente por dois dispositivos de entrada que facilitam atividades colaborativas: módulo eletrônico e câmera. Uma vantagem destes dispositivos alternativos sobre os demais dispositivos tradicionais de entrada, como mouse e teclado, é justamente a possibilidade da mais de um usuário podem atuar em uma atividade simultaneamente e de maneira natural. O módulo eletrônico da Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada é constituído por uma base de plástico rígido de cor amarela e vermelha, acompanhado de blocos coloridos onde estão serigrafados letras, números e figuras geométricas como ilustra a figura 1. Esse módulo possui cavidades com sensores, nas quais os blocos são encaixados pelos alunos quando estão realizando as atividades.

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Figura 1: Mesa Educacional Alfabeto

Foto: Positivo Informática S/A

Para as atividades de realidade aumentada, o dispositivo de entrada utilizado pela Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada é uma câmera de 2MB de resolução posicionada acima de seu tampo que é fixada ao artefato por meio de uma haste metálica como ilustra a figura 2. Esta câmera faz a leitura de marcadores que fazem com que imagens 3D apareçam na aplicação de software.

Figura 2: Recursos de RA - Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada

Fonte: Positivo Informática S/A

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Para funcionar, a realidade aumentada combina o uso de dois ramos da computação gráfica: reconhecimento de padrões e a síntese de imagens. Com a utilização da mesa, pudemos observar que o processo da atividade inicia com a detecção automática da configuração da câmera, tais como abertura, projeção e detecção das condições de iluminação do ambiente. No caso deste artefato, esse processo é simplificado ao escolher a montagem fixa do equipamento, como descrito anteriormente, permitindo uma pré-calibragem de diversos parâmetros. Em seguida, a aplicação busca por “marcadores conhecidos”. Esses marcadores podem ser bastante específicos, como um código QR ou Leds (Light-emitting diode) em pontos fiduciais (BAJURA, 1995), ou mais genéricos, como a superfície retangular plana de uma mesa ou caderno. A Mesa Educacional Alfabeto pelo uso de imagens, contendo um desenho do personagem a ser projetado sobre a tela como indica a figura 3.

Figura 3: Exemplo de imagem presente nos marcadores da Mesa Educacional Alfabeto

Fonte: Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada

O software embarcado no artefato utiliza técnicas de visão computacional para identificar a posição e orientação dos marcadores no espaço. De posse dessa informação, desenha-se sobre o marcador uma ou mais imagens que não estão presentes na cena como ilustra a figura 4.

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Figura 4: Exemplo de interação de uma atividade CRIAR E RECRIAR - Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada

Fonte: Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada

Segundo Elmezain et al. (2008) e Kim et al. (2008), aplicações que utilizam de recursos de visão computacional geralmente apresentam dois problemas: a oclusão dos marcadores pela mão do aluno e o fato de objetos próximos a esses marcadores confundirem o computador. O artefato analisado foi capaz de solucionar ambos os problemas por meio de um formato diferenciado de suporte para seus marcadores. Segundo a empresa desenvolvedora, diversos modelos de marcadores foram testados, de forma a fornecer uma haste confortável para o aluno segurar, ao mesmo tempo em que evitasse que sua mão atrapalhasse a detecção da imagem. Ainda segundo a empresa, a espessura e materiais, tanto das hastes quanto do fundo da mesa, também foram escolhidos de modo a reduzir a interferência na detecção. De acordo com Dornheim (1995), um dos maiores desafios da tecnologia de realidade aumentada é evitar o atraso ocorrido entre a movimentação do marcador e o desenho do objeto aumentado. Durante nossa análise das atividades de RA, pudemos perceber que o software embarcado na solução foi bem otimizado para

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este problema, pois diversos atores podem entrar em ação simultaneamente sem que este atraso comprometa a experiência de uso junto à atividade. Por ser um ambiente que combina o real com o virtual onde pessoas interagem com o conteúdo por meio de uma solução otimizada de realidade aumentada, por ser uma solução interativa, em tempo real e por proporcionar um ambiente interativo que fomenta habilidades como colaboração e autonomia, concluímos nossa etapa de busca pela ferramenta de TIC indicando a Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada como o ambiente ideal para o desenvolvimento tanto de atividades curriculares no ambiente escolar como o de habilidades essenciais para o aluno do século XXI. Uma análise mais detalhada do artefato, nos mostrou que a possibilidade de operação multiusuário bem como a interface

RA

possibilitam

um

ambiente

CSCL

propício

à

concepção

e

implementação de atividades colaborativas que promovam a autonomia nos aprendizes. Com isso em mente, fomos em busca de uma atividade que servisse de palco para o desenvolvmento da pesquisa de campo.

Análise da atividade A solução Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada possui mais de 70 atividades relacionadas ao tema Alfabetização e Letramento. Entretanto, como o objetivo do nosso estudo está relacionado a TICs que possuam o recurso de RA, fomos em busca das atividades, dentre as mais de 70 presentes no software, que utilizassem fizessem uso dessa tecnologia. Pudemos perceber que todas as atividades que utilizavam o recurso de RA estavam localizadas em uma área denominada Aventura Digital. Segundo a empresa desenvolvedora, a área Aventura Digital contempla um trabalho voltado ao Conto Popular por meio de quatro atividades que priorizam o desenvolvimento das habilidades de leitura, compreensão e produção de texto de

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forma interativa e colaborativa onde os alunos utilizam marcadores para desenvolver as atividades. Dentro da área Aventura Digital, duas das quatro atividades nos chamaram a atenção pela riqueza interativa alinhadas ao conceito de CSCL. A primeira delas é denominada VIAGEM PELOS CONTOS. Segundo a empresa desenvolvedora, essa atividade proporciona o trabalho com três contos clássicos (A galinha ruiva, O macaco de piche e A sopa de pedras). Ao executar a atividade, os alunos podem interagir na história colocando os marcadores com o personagem correto relacionado a cada trecho da narrativa escolhida. A segunda atividade que nos saltou aos olhos foi a CRIAR E RECRIAR. Dentro desta atividade, é possível criar histórias utilizando um ou mais marcadores disponíveis (total de 18 personagens) para construir a narrativa por meio de um microfone anexado à solução. Por parecer ser a atividade que mais estimula a colaboração dentro de um grupo de aprendizes dividindo papeis e possibilitando a geração de conteúdo pelo próprio grupo de alunos, elegemos a atividade CRAIR E RECRIAR (figura 4) como atividade do nosso experimento.

Experimento Procuramos uma instituição de ensino que pudesse nos auxiliar no processo de coleta de dados. Decidimos então por uma escola particular localizada no município de Curitiba, capital do estado do Paraná. Esta escola foi selecionada por possuir turmas que já trabalham com o conceito de Mesa Interativa apoiadas por dinâmicas de trabalho em grupo baseadas na utilização do computador. Após conversa com a coordenação, fomos apresentados à professora de Língua Portuguesa que prontificou-se em nos ajudar com a investigação. Propusemos a escolha aleatória de 4 alunos para testar o dispositivo Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada. É importante mencionar que todas as crianças já haviam trabalhado na versão anterior deste dispositivo. Porém,

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nenhuma delas tinha conhecimento dos recursos de Realidade Aumentada, por se tratar de atividades exclusivas da última versão da Mesa. Após a seleção dos quatro participantes do grupo, a professora fez uma rápida apresentação dos personagens e dos cenários presentes na Mesa, propodo a construção de um Conto por meio da ferramenta CRIAR e RECRIAR. Dois dos pesquisadores fizeram uma breve introdução das funcionalidades básicas da atividade e os alunos foram desafiados a construir a história. A atividade se extendeu por 9:12 minutos, tendo como resultado final um Conto narrado pelos próprios alunos. Foram utilizadas 6 cenas durante a gravação, sendo 5 delas registradas na primeira tentativa e 1 registrada duas vezes. O grupo utilizou 5 personagem para compor a história que teve duração de mais de 1 minuto. Tanto a história como as ações para a construção da mesma foram registradas em vídeo. Como mencionado anteriormente, o experimento teve como base a atividade CRIAR E RECRIAR. Nosso intuito foi analisar como as interações entre aprendizes ocorrem dentro da Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada. Neste experimento, escolhemos randomicamente quatro alunos que construiram um Conto oralmente. Devido às características físicas da mesa, a disposição dos alunos ficou como indicado na figura 5.

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Figura 5 – Posição dos aprendizes na mesa durante a execução da atividade

Fonte: Autoria própria

Considerando esta disposição, que se deu espontaneamente por decisão do grupo, nos interessamos em saber se existiria uma prevalência das interações em função da disposição em que os alunos se encontram e nos questionamos – Haverá mais interação entre os pares posicionados lado a lado? – Como será a interação entre os demais indivíduos mais distantes uns dos outros? Pretendemos portanto, analisar se as interações acontecem de forma generalizada de um individuo em relação aos outros três, ou se existe uma preferência em relação ao seu colega lateral (i.e. Aluno1-Aluno2), ou com um dos outros colegas mais distantes (i.e. Aluno1-Aluno4).

Análise de dados

Com os vídeos em mãos, partimos para a etapa de transcrição das interações verbais. Inicialmente, separamos as falas de cada aluno em seções específicas de uma planilha.

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Com base nos dados provenientes do vídeo, construímos uma tabela (tabela 1) e também uma representação visual do cruzamento de interações. Na representação gráfica, cada sujeito foi identificado por uma circunferência de cor diferente como nos mostra a figura 6. O número presente nestas circunferências representa a quantidade total de interações verbais emitidas pelo sujeito. De cada circunferência emanam linhas de mesma cor que representam o número de interações emitidas para cada colega.

Tabela 1– Dados de interação entre alunos

# de estímulos

% de

% de interações

que geraram

interações

com demais

reações

laterias

alunos

A1

31

48%

39%

13%

A2

26

73%

12%

15%

A3

22

63%

14%

23%

A4

7

42%

29%

29%

% de interações com o professor

Fonte: Autoria própria

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Figura 6 – Representação dos dados de interação entre alunos

Fonte: Autoria própria

Considerações finais Este estudo é um recorte de uma investigação conduzida no programa de Mestrado em Tecnologia da UTFPR, campus Curitiba. O artigo teve como propósito principal eleger uma ferramenta de TIC que proporcionasse ao professor um ambiente para a prática de conteúdos curriculares, e que ao mesmo tempo pudesse fomentar o desenvolvimento de habilidades essenciais como a colaboração, interação e autonomia em aprendizes desta nova Era Digital. Para isso, fizemos uma análise exploratória de diversos ambientes apoiados por tecnologia tais como “Aprendizagem apoiada por Computador” - CAL, “Instrução Conduzida por Computador” CAI, “Sistemas de Tutores Inteligentes” ITS e o “Aprendizado Colaborativo Apoiado por Computador” CSCL, sendo que aquele que nos chamou

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mais a atenção foi o CSCL. Ao aprofundarmos nossa pesquisa sobre as características deste ambiente, nos deparamos com o conceito de “Mesas Interativas” construído com base em soluções que possuem dispositivos de entrada alternativos como câmeras e módulos eletrônicos, onde pudemos conhecer a solução denominada Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada. Por ser um ambiente onde pessoas interagem com o conteúdo da atividade por meio de recursos bem desenhados e otimizados para a tecnologia fomentando habilidades educacionais como a colaboração e autonomia, indicamos a Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada como o ambiente ideal para o desenvolvimento tanto de atividades curriculares no ambiente escolar como o de habilidades essenciais para o aluno do século XXI. Ainda dentro do objetivo da pesquisa, pretendíamos mapear as interações na atividade CRIAR E RECRIAR presente na Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada e, em seguida, quantificar o número de interações analisando se estas acontecem de forma generalizada de um individuo em relação aos outros três, ou se existe uma preferência em relação ao seu colega lateral. Como resultado da análise destas gravações, chegamos aos dados apresentados na tabela 1 e também às representações gráficas demonstradas na figura 6. Como podemos observar na tabela 1 a grande maioria das interações acontece com os pares laterais mesmo para alunos posicioados na pontas do artefato. Concluímos então, que existe evidência que nos mostra que as interações entre sujeitos, em um dado grupo utilizando uma solução Mesa Educacional Alfabeto – Realidade Aumentada, tende a acontecer prioritariamente no sentido lateral e não de maneira uniforme entre os indivíduos presentes em uma dada atividade. Portanto, acreditamos que professores utilizando este recurso devem ficar atentos às habilidades sociais de seus alunos ao posicioná-los no artefato. A evidência nos mostra que alunos de perfil mais internalizante (tímidos) tirariam um proveito maior das atividades caso estivessem posicionados nas lugares mais intermediários (i.e. posições dos alunos A2 e A3). Desta maneira, a chance desses

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alunos interagirem é maior do que se eles estivessem nas posições laterais (i.e. posições dos alunos A1 e A4). Enquanto alunos de perfil mais externalizate poderiam ser poscionados nas extremidades do artefato dando chance para que seus colegas também interajam com os demais membros do grupo. Entretanto, sustentamos que para que uma análise mais profunda aconteça este estudo deverá ser replicado com um maior número de grupos a serem observados por outros pesquisadores. O fato de termos estes comportamentos interativos preferenciais em determinados sentidos, nos abrem outras questões como: Por que certos indivíduos provocam um número muito grande de interações e outros não? Portanto, para um estudo posterior, cabe entendermos e exploramos os perfis interativos de cada participante na atividade, analisando como estes perfis influenciam o número total de interações de cada integrante de um grupo de alunos.

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