O DESENVOLVIMENTO DO PENSAMENTO COMPUTACIONAL NO ENSINO MÉDIO POR MEIO DE AMBIENTES DE PROGRAMAÇÃO THE DEVELOPMENT OF COMPUTATIONAL THINKING IN HIGH SCHOOL THROUGH PROGRAMMING ENVIRONMENTS Élcio Schuhmacher1, Douglas Ropelato2, Vera Rejane Niedersberg Schuhmacher 3 Abstract The article reports an experiment to develop computational thinking, competence expected in the National Curriculum Parameters (PCN), with high school students using the Scratch programming graphical environment. The development of computational project required the students the organization of thought, problem solving, the search process and the development of analytical skills necessary for the design of a game. They worked out basic application concepts and game creation process through task-oriented to resolve problems. The results showed the students' interest in building computational applications; the influence of Strach as motivating factor in the learning process; the development of collaborative skills and interaction adherence in the development of curricular concepts and computational thinking from the inclusion of such applications in pedagogical practice. Index Terms ambientes de programação, linguagem de programação, pensamento computacional, ensino médio
INTRODUÇÃO A sociedade, em virtude da ciência, vem aperfeiçoando as suas técnicas ao longo da sua história, e ao mesmo tempo tornou-se dependente destas tecnologias. Desde a técnica de produção de fogo até à criação do telefone, do automóvel ao computador, a sociedade expande o potencial de suas habilidades, e as mudanças ocorrem, principalmente pela necessidade de ultrapassar os limites do corpo e de empecilhos e/ou tarefas repetitivas no cotidiano. Assim, a sociedade contemporânea se apresenta como o reflexo desse crescimento, e é no amago desta, que as Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) se entranham e cativam seu papel na vida do cidadão. Meirinhos (2000) refere-se as tecnologias como instrumentos que são utilizados para amplificar os nossos sentidos e capacidades e a sua influência é de tal modo que altera o que sabemos e a forma como pensamos, como vemos o mundo, nos relacionamos e atuamos e que aquilo que sabemos depende das tecnologias que utilizamos. 1
Temos então, que as tecnologias, principalmente o computador, as redes de comunicação e suas literacias caracterizam a sociedade atual e definem aquilo que cada um faz no desempenho do seu papel social. E tem-se que ocorre uma preponderância, nas atividades econômicas ligadas ao avanço científico e tecnológico da Computação e da Tecnologia da Informação (TI). Portanto, a sociedade de que fazemos parte é uma sociedade de informação que segundo Blankert et al. [1]: “...está atualmente a construir-se, na qual são amplamente utilizadas tecnologias de armazenamento e transmissão de dados e informação de baixo custo. Esta generalização da utilização da informação e dos dados é acompanhada por inovações organizacionais, comerciais, sociais e jurídicas que alterarão profundamente o modo de vida, tanto no mundo do trabalho, como na sociedade em geral” (p.15).
As mudanças que ocorrem na sociedade vão moldando o cidadão deste século e neste contexto ainda não é precisa a definição do perfil ou habilidades necessárias para sua vida nesta sociedade que se encontra em franca evolução tecnológica. As relações entre as competências necessárias e o labor do trabalho estão ainda a se constituir, e neste contexto , e sendo a escola uma instituição estruturante da sociedade, é que se está a exigir, a definição dessas novas competências e novas estratégias de aprendizagem. Para a escola se estabelece o desafio e a incumbência de formar e preparar o novo cidadão para enfrentar os desafios que ainda estão por vir e que a sociedade lhe exige, sem saber com certeza quais são, e muito menos como ensiná-las. É nesse contexto é desponta a mais importante e menos compreendida dessas habilidades o pensamento computacional. A inserção de conceitos de Computação na Educação Básica está sendo estimulada enquanto parte estruturante do currículo. Esta ocorre pela introdução do ensino do código e da programação nos currículos por meio da inserção de estratégias que privilegiem a perspectiva do desenvolvimento de atividades que explorem a criação de algoritmos de
Élcio Schuhmacher - Professor do Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática (PPGECIM) da Universidade Regional de Blumenau/FURB, SC, Brasil -
[email protected]. 2 Douglas Ropelato - Mestrando do Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática (PPGECIM) da Universidade Regional de Blumenau/FURB, SC, Brasil.
[email protected] 3 Vera Rejane Niedersberg Schuhmacher - Professora da Universidade do Sul de Santa Catarina - Unisul, campus Grande Florianopolis/SC, Brasil.
[email protected]. DOI 10.14684/INTERTECH.24.2016.239-243 © 2016 COPEC February 28 – March 02, 2016, Salvador, BRAZIL XIV International Conference on Engineering and Technology Education 239
desenvolvimento de produtos, seguindo para a aprendizagem de linguagem de programação e abstração de conceitos computacionais apoiando o desenvolvimento do Pensamento Computacional. De acordo com as Diretrizes Curriculares Nacionais conforme o Parecer nº 136/2012, “a introdução do Pensamento Computacional e algorítmico na Educação Básica fornece os recursos cognitivos necessários para a resolução de problemas, transversal a todas as áreas do conhecimento” [2]. Os Parâmetros Curriculares Nacionais [3], afirmam que comunicar-se em diferentes formas de linguagem é uma competência que exige do aluno fazer diferentes representações matemáticas para um determinado problema ou questão. O mesmo problema escrito na língua materna (forma narrativa) pode ser representado numa linguagem simbólica, como gráfico, equações, fórmulas, e inclusive numa linguagem de programação. Diante do exposto, o presente trabalho apresenta como foco de análise o desempenho de alunos do Curso Técnico em Informática do município de Timbó/SC, no desenvolvimento das práticas que exploram o pensamento Computacional, quando da criação de um jogo, com a linguagem de programação Scratch4. Para tanto, usou-se da metodologia da Aprendizagem Baseada na Resolução de Problemas (ABRP), pois esta apresenta como estratégias a investigação, desenvolvimento da criatividade e a apresentação dos resultados, pontos essenciais para o perfil que se espera do cidadão do século XXI.
PENSAMENTO COMPUTACIONAL: O QUE É? A ideia do pensamento computacional como visão para a educação do século XXI, surgiu de Jeannette Wing, que o define como um conjunto de competências e habilidades básicas que os alunos devem desenvolver a partir do Ensino Básico. Não se trata de saber navegar na internet, ou enviar email ou usar de ferramentas computacionais como, o processador de texto ou planilha de cálculo. Pensamento computacional é saber usar o computador como um instrumento de aumento do poder cognitivo e operacional humano – em outras palavras, usar computadores e redes de computadores para aumentar a produtividade, inventividade e criatividade. Trata-se da ativação de incumbências cognitivas que possam ser realizadas pelo computador e, neste caso, saber programá-lo para realizá-las. Este conjunto de competências e habilidades envolvem outras competências relacionadas com a abstração e a decomposição de problemas de forma a resolver os mesmos, usando de recursos computacionais e estratégias algorítmicas [4]. A autora define o Pensamento Computacional, como um processo mental que formula problemas e soluções de uma determinada forma, essas mesmas soluções são apresentadas de forma lógica, para que um programador possa utilizá-la e aplicar os resultados. Entende que em primeiro lugar os seres
humanos computam e que em segundo lugar as pessoas podem aprender pensamento computacional sem utilizar o computador como recurso, além disso, o pensamento computacional não é apenas sobre a resolução de problemas, mas também sobre a formulação do problema [5]. E ainda, segundo Wing [5] o pensamento computacional cria competências que desenvolve nos alunos habilidades fundamentais para este século tais como: i) Pensar de forma abstrata em vários níveis e encontrar uma solução, seja pelo pensamento humano ou pela programação computação; ii) Desenvolver um produto, que vai muito além de apenas programar, pois exige a habilidade de pensar em diferentes níveis de abstração, o que permite o uso consciente das técnicas de programação; iii) Resolver ou desenvolver problemas com ou sem o computador; iv) Pensar ao invés de deixar que os problemas sejam resolvidos pelo computador; v) Correlacionar a área computacional com a matemática e as engenharias, assumindo como competência principal a criatividade e desenvolvimento de ideias por parte alunos. Portanto as habilidades do pensamento computacional devem integrar a formação básica dos alunos (cidadãos do século XXI), o que possibilita que futuros profissionais possam resolver problemas dentro de suas respectivas áreas de atuação. A The Royal Society [6] concebe Pensamento Computacional como “o processo de reconhecimento de aspectos da computação no mundo que nos rodeia, e de aplicar ferramentas e técnicas da Ciência da Computação a fim de entender e analisar sistemas e processos naturais e artificiais”. Ou seja, pensar usando de elementos computacionais proporciona ao ser humano a compreensão do ambiente em que este está inserido, além de dar meios para que ele interfira neste ambiente. O desenvolvimento de jogos são um exemplo de como se pode ligar o prazer à aprendizagem, pois para o desenvolvimento necessita-se desenvolver características de colaboração, conhecimento, respeito, regras, metas, criatividade e interatividade, além de ludicidade. Pode-se usar da ferramenta Scratch, no desenvolvimento, pois ela apresenta um ambiente lúdico e transmite a compreensão dos algoritmos e programação (sequência, ciclos, execução em paralelo, eventos, condições, operadores e dados).
METODOLOGIA O estudo analisou o desenvolvimento do Pensamento Computacional, por meio da metodologia de Aprendizagem Baseada na Resolução de Problemas (ABRP) e atividades realizadas no ambiente de programação Scratch. Segundo Pinto [7], a metodologia ABRP apresenta potencialidades que permitem ao aluno liberdade de criação, criatividade, comunicação e partilha associada à aprendizagem [8]. Ademais, a metodologia tem como foco o aluno e a condução de uma aprendizagem autossuficiente permitindo que sejam
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. Scratch é um projeto do Lifelong Kindergarten Group do MIT Media Lab e fornecido gratuitamente. © 2016 COPEC
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capazes de pesquisar, avaliar, relacionar e organizar informações, seja ela proveniente das novas tecnologias ou de outras fontes [9]. Esta metodologia desenvolve no aluno a capacidade de experimentar e descobrir, aumentando a sua autonomia e promovendo ao mesmo tempo, um trabalho de cooperação e comunicação entre o professor e outros alunos, na partilha de experiências e pontos de vista diferentes. Tendo este pressuposto como orientação, foi escolhida a ferramenta Scratch para fundamentar e desenvolver o Pensamento Computacional. O Scratch, como linguagem gráfica de programação, permite criar histórias interativas, fazer animações, simulações, jogos e músicas, e é considerado “um ambiente visual de programação” [10] que tem em conta os “interesses e necessidades dos jovens (idades entre 8 e 16 anos). [11] O Scratch permite ainda que alunos e mesmo adultos aprendam a programar através de estratégias para resolução de problemas, projetos de design e comunicação de ideias, foi desenvolvido por Mitchel Resnick e seus colaboradores, da equipa MIT-UCLA (http://scratch.mit.edu). O Scratch encontra-se escrito em Squeak, uma ferramenta open-source da linguagem Smalltalk-80. As atividades são desenvolvidas a partir de blocos que se encaixam e são divididos em 8 categorias: Movimento, Aparência, Som, Caneta, Sensores, Controle, Operadores e Variáveis. Aprender a lógica de programação se torna mais intuitiva e visualmente mais agradável, pois o próprio ambiente é voltado para computação criativa e design. O estudo foi executado em 15 encontros semanais ocorridos no laboratório de informática da escola e participaram da pesquisa 15 alunos. Iniciou-se com a apresentação do conceito de algoritmos para os alunos, e foram apresentadas situações do cotidiano, as quais na sequência foram descritas na forma de linguagem de computação e algoritmos para uma melhor compreensão da lógica envolvida. Estabeleceu-se para tanto as seguintes etapas, o aluno deve: 1. Identificar um problema a resolver e imaginar ou conceber um projeto de solução, e que use de outras áreas disciplinares (línguas, ciências, história, matemática, etc.); 2. Analisar o problema e decompô-lo em partes, etapa chamada de estudo de caso; 3. Criar o projeto em uma sequência lógica (story board), com base nos fundamentos associados à lógica da programação e utilizando componentes estruturais da programação (diagramação de fluxo de dados); 5. Efetuar a integração de conteúdo (texto, imagem, som e vídeo) com base nos objetivos estabelecidos no projeto, estimulando a criatividade dos alunos na criação dos produtos (jogos, animações, histórias interativas, simulações, etc.); 7. Analisar e apresentar (jogar) a solução encontrada e a sua aplicabilidade e se necessário, apresentação a ser realizada para a turma em sala de aula, para se poder refletir © 2016 COPEC
sobre a lógica de resolução do problema, de forma colaborativa; 8. Partilhar o produto (jogo) produzido.
RESULTADOS Como os alunos participantes não conheciam o ambiente de programação Scratch, instruções foram apresentadas para a ambientação e demonstração de possibilidades de construção de jogos. Esta apresentação ocorreu em dois momentos: primeiro, foi apresentada a ferramenta (funcionalidades, potencialidades e características principais), e no segundo, exemplos de projetos desenvolvidos com a ferramenta. Procedeu-se então, à exploração orientada da ferramenta, através da resolução de atividades/problemas que apresentavam situações cotidianas e que deveriam ter suas respectivas soluções algorítmicas, criadas através da implementação com comandos disponíveis. Para de projeto foram definidos critérios de avaliação que foram apresentados e negociados com os alunos. Os alunos foram desafiados a propor estudos de caso que pudessem ser representados em um jogo ou animação. Assim, solicitou-se a sequência de instruções necessárias para resolver os problemas propostos usando como base alguns requisitos que foram fornecidos, juntamente com os que criação própria. A partir daí, os alunos implementaram algoritmos no ambiente de programação. Tal atividade possibilitou a exploração da criatividade e imaginação, despertando ainda mais o interesse dos alunos envolvidos. Confrontando esses dados com os registros de aula, os jogos produzidos e os questionários respondidos, é possível confirmar que os alunos conseguiram efetivamente desenvolver o pensamento computacional e, diretamente associada, a competência de resolução de problemas, pois os dados analisados mostram que a turma atingiu resultados bastante satisfatórios, durante a fase de resolução das tarefas, na apresentação do estudo de caso e durante o desenvolvimento do jogo. Tais fatos confirmaram a aprendizagem quando da apresentação dos projetos.
JOGO CRIADO Em um dos estudos de caso foi proposto atendimento a uma empresa fictícia, com o objetivo de que os alunos identificassem o problema e concebe-se soluções para o problema. Os alunos tinham que propor soluções para a seguinte situação: Tinha-se que os funcionários da loja Zettabytes passavam seu intervalo realizar nenhuma atividade, a mesma decidiu em uma reunião com os sócios que seria feito algo que propiciasse atividades de entretenimento para os funcionários. A loja então solicitou à empresa desenvolvedora de jogos, Suptitz Games, uma entrevista, para que possivelmente elaborassem um protótipo de um jogo de ficção cientifica para seus funcionários (adultos). O resultado do estudo de caso mostrou a criatividade dos alunos no desenvolvimento de soluções, não
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apenas do jogo proposto, mas, inclusive como os funcionários poderiam dispor de seu tampo livre para jogar e ao mesmo tempo entender sobre o meio ambiente. O desenvolvimento do jogo permitiu ao aluno explorar os comandos disponíveis nas categorias Controle, Som, Movimento e Aparência da ferramenta Scratch. Na Figura 1 é mostrada uma das páginas do Story Board desenvolvido. O desenvolvimento deste requereu dos alunos imaginação para a criação do que seria o jogo, suas etapas e da definição das regras do jogo, entre outras etapas. Para a criação do Story Board os alunos tiveram que pesquisar, fazer entrevistas com professores de outras disciplinas. Desenvolver o layout do jogo e níveis de dificuldade. O fluxograma desenvolvido para as diversas fases permitiu aos alunos relacionar o contexto do Story Board em contexto de linguagem de programação, Figura 2. E na Figura 3, pode-se observar o código fonte desenvolvido em Scratch na qual os alunos tiveram a visão de como é desenvolvido um jogo a nível de códigos e do nível de conhecimento necessário para se desenvolver um jogo. Na Figura 4 é apresentado o game desenvolvido “Save the Earth”.
FIGURE. 1 PAGINA DO STORY BOARD DESENVOLVIDO PARA O JOGO.
FIGURE. 2 FLUXOGRAMA DO JOGO.
Figure. 4 JOGO FINALIZADO.
FIGURE. 3 CODIGO FONTE DO JOGO.
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Nível de interesse, grau de dificuldade e aprendizagem Para verificar se as atividades foram bem sucedidas, foram monitorados o comportamento, o grau de interesse e a aprendizagem dos alunos. Além disso, ao final do curso, um questionário foi aplicado com o objetivo de averiguar a absorção dos conceitos, dificuldades encontradas e interesse pela Computação. Em relação ao interesse, 91,7% dos alunos afirmam que a utilização do ambiente foi um instrumento interessante e favorecedor da aprendizagem, estabelecendo uma relação clara entre a abordagem utilizada e a forma como os computadores funcionam através da execução de um conjunto de instruções.
CONSIDERAÇÕES FINAIS A necessidade de disseminar práticas de ensino de Computação na Educação Básica surge em consonância com o desafio de como realizá-las. Outrossim, em plena era tecnológica, presentes em todas as áreas, não se pode continuar ensinando alunos da mesma forma como se vem fazendo desde os princípios da escola, baseado em práticas educacionais inspiradas em modelos reducionistas. Para mais, a necessidade de despertar o interesse dos alunos desde cedo pelas ciências e pela Ciência da Computação torna-se necessidade premente. Durante o projeto os alunos demonstraram facilidade em identificar padrões de problemas durante o desenvolvimento de jogos e utilizar esses padrões para contornar dificuldades conceituais. A utilização da metodologia ABRP, provocou satisfação aos alunos e o interesse em explorar a ferramenta. A utilização da metodologia ABRP, permitiu desenvolver o pensamento computacional através da atribuição de tarefas com vista à resolução de problemas, cujo objetivo era permitir que os alunos assimilassem conhecimentos básicos, e como consequência desenvolvessem o jogo. Acreditamos que tal aquisição de conhecimentos extrapolou as expectativas iniciais propostas para a prática didática. Considerando os resultados obtidos neste estudo, acerca da importância e valor do método ABRP, não só a nível da aprendizagem e desenvolvimento processual, mas também a nível da aprendizagem conceitual e na expansão de competências, quer na resolução de problemas, quer no aumento de competências comunicativas e atitudinais, futuras investigações deverão ser direcionados sobre a metodologia ABPR com outra ferramenta. Ainda na análise do impacto do desenvolvimento do pensamento computacional, pode-se afirmar que a metodologia permitiu perceber as mudanças que ocorrem, no que diz respeito ao procedimento adotados pelos alunos desde o pensar sobre o problema e encontrar a solução, não computacional. E durante a implementação e nas outras fases inerentes como planificar a resolução do problema, pesquisar
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outras fontes de informação, trabalhar com os colegas, debater o trabalho realizado e implementar a resolução do problema. Destas fases, as preferidas dos alunos foram trabalhar em grupo, na implementação do problema e o debate do trabalho realizado no final do projeto.
REFERENCIAS [1]
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