Relações entre o Pensamento Computacional e a Matemática através

da construção de jogos digitais

Thiago Schumacher Barcelos

Orientador: Prof. Dr. Ismar Frango Silveira

Universidade Presbiteriana Mackenzie – PPG em Engenharia Elétrica25/11/2013

Apresentação

Thiago Schumacher Barcelos

Professor e pesquisador no Instituto Federal de São Paulo

Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (2011-) Universidade Cruzeiro do Sul

Mestre em Ciência da Computação (2003-2005)Universidade de São Paulo

Bacharel em Ciência da Computação (1999-2002)Universidade de São Paulo

Agenda

Level 1 Motivação

Level 2 Objetivo da pesquisa

Level 3 Modalidade da pesquisa

Level 4 Análise documental

Level 5 Revisão sistemática

Level 6 Oficina de Produção de Jogos Digitais

Level 7 Resultados parciais

Motivação

LEVEL 1

Press start

Déficit na formação de profissionais de TI

– Demanda de 78 mil profissionais, apenas 33 mil graduados (BRASSCOM, 2011)

Diminuição de interesse de estudantes pela área de Computação

– CC IME/USP: de 61,8 c/v (2001) para 15,2 c/v (2008) (HERNANDEZ et al., 2010)

– França: 20% de redução 2005 a 2009 (MURATET et

al., 2009)

– EUA: 50% de redução, eliminação de advancedplacement courses (CRENSHAW et al., 2008)

Qual a relação com a Matemática?

O diretor de Educação e Recursos Humanos da Brasscom, Sergio Sgobbi, assegura que o índice de desistência dos cursos superiores no Brasil justifica a carência por esses profissionais no mercado. O estudo mostra que a evasão escolar na área é de 87%. “A concorrência de alunos por vaga em cursos de TI é baixa, e muitos deles chegam à graduação com pouca base em matemática, por exemplo, por conta de deficiências nos níveis fundamental e médio. Com o tempo, esse aspecto diminui o interesse do aluno pela área”, explica.

(GONZÁLEZ, 2013)

Qual a relação com a Matemática?

Notas dos exames SAT em Matemática, posicionamento do aluno no ranking de sua classe e nota média em Matemática no ensino médio são preditores da continuidade em cursos de Computação

(CAMPBELL; MCCABE, 1984)

Número de disciplinas de Matemática no ensino médio apresenta correlação com o desempenho de alunos em um curso introdutório

(WILSON; SHROCK, 2001)

Qual a relação com a Matemática?

Ralston (2005): a maioria dos egressos dos cursos de Computação que atuarão profissionalmente como engenheiros de software utilizarão pouca ou nenhuma matemática

Pioro (2006): notas de alunos em cursos introdutórios em Computação correlacionadas com suas notas em disciplinas de Matemática Discreta

Habilidades cognitivas de alto nível

Profissionais de manutenção de software que afirmam ter tido bom desempenho em Matemática usam estratégias cognitivas próprias da resolução de problemas matemáticos

(ASSIS, 2011)

O ensino de estratégias de resolução de problemas pode contribuir para um melhor desempenho de alunos ingressantes em cursos de Computação

(HERNANDEZ et al., 2010)

“Paradoxo” da tecnologia

“Nativos digitais” (PRENSKY, 2001; TAPSCOTT, 2010)

Aumenta o contato com dispositivos computacionais, mas diminui o interesse em estudar Computação

Construção de jogos digitais

Ambientes de desenvolvimento voltados ao usuário principiante permitem a construção de

jogos de forma relativamente rápida

Construção de jogos digitais: aprendendo o quê?

A avaliação de estratégias didáticas baseadas na construção de jogos digitais é baseada tipicamente no desempenho acadêmico (i.e. notas) ou na auto avaliação dos alunos sobre sua motivação com o curso.

Rizvi et al. (2011); Leutenegger (2006); Bayliss e Strout (2006)

Porém, há um crescente interesse de pesquisa em compreendero que os alunos podem aprender com a construção de jogos

digitais

Construção de jogos digitais: aprendendo o quê?

Programação baseada em eventos, inicialização de estado de objetos, sincronização (FRANKLIN et al., 2013)

Estruturas condicionais, paralelismo, usabilidade (DENNER, WERNER

E ORTIZ, 2012)

Noções de matemática e geometria, colaboração, seleção de ideias (MARINHO et al., 2011)

Conceitos de interação com o usuário, laços de repetição, sincronização, sem a participação de instrutores (MALONEY et al.,

2008)

Pensamento Computacional

Competências e habilidades do cientista da computação que podem ser aplicadas em

outros campos da atividade humana

(e, portanto, deveriam ser desenvolvidas na educação básica)

Pensamento Computacional

Segundo Wing (2006)...

– Conceituar ao invés de programar

– É uma habilidade fundamental e não utilitária

– É a maneira na qual pessoas pensam, e não os computadores

– Complementa e combina a Matemática e a Engenharia

– Gera ideias e não artefatos

– Para todos, em qualquer lugar

Pensamento Computacional

Definição operacional da ACM Computer Science Teachers Association:

Abordagem para a resolução de problemas de forma que a solução possa ser implementada

utilizando um computador

Objetivo da pesquisa

LEVEL 1/7 COMPLETED!

LEVEL 2

Press start

MISSION:

Evidenciar quais competências e habilidades da Matemática e do Pensamento Computacional são mobilizadas e desenvolvidas por alunos através de atividades práticas de desenvolvimento de jogos digitais segundo uma perspectiva construcionista

Perguntas de pesquisa:

Q1 Como conhecimentos prévios em Matemática são mobilizados pelos alunos durante a Oficina?

Q2 Que competências e habilidades do Pensamento Computacional são desenvolvidas pelos alunos durante a

Oficina?

Q3 Como as competências e habilidades matemáticas dos alunos se modificam ao longo da Oficina?

Q4 Qual a influência da atividade de construção de jogos digitais na motivação dos alunos para mobilizar e/ou

desenvolver competências e habilidades

Modalidade da pesquisa

LEVEL 2/7 COMPLETED!

LEVEL 3

Press start

Análise documental (LÜDKE E ANDRÉ, 1986) das diretrizes curriculares para o ensino de Matemática no Brasil, Chile e EUA

Identificação das competências e habilidades convergentes

Revisão sistemática da literatura (WOHLIN et al., 2012)

que indica relações entre o Pensamento Computacional e a Matemática

Estudo de caso educacional (MERRIAM, 1990) da aplicação da Oficina em duas instituições de ensino

Técnico em Informática do Instituto Federal de São Paulo, Campus Guarulhos

Graduação em Ingeniería Civil Informática da Universidadde Valparaíso, Chile

Análise documental

LEVEL 3/7 COMPLETED!

LEVEL 4

Press start

Fontes:

PCN+ Ensino Médio: Orientações Curriculares Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Brasília: MEC/SEB, 2002.

Objetivos fundamentales y contenidos mínimos obligatórios de la Educación Media. Chile: Ministério de Educación, 1998.

Common Core State Standards - Math. USA: Common Core State Standards Initiative, 2012.

Critérios:

Competências e habilidades onde é indicada a possibilidade de transferência para outros domínios além da Matemática

Associação com atividades já descritas na literatura sobre Pensamento Computacional

Competências:

SKILL 1 Alternar entre diferentes representações semióticas

SKILL 2 Identificar regularidades e padrões

SKILL 3 Construir modelos descritivos e representativos

SKILL 1:

Alternar entre diferentes representações semióticas

Lewis e Shah (2012)

– No problema y = x + 4, se x vale 7, quanto vale y?

– Preencha os espaços em branco para desenhar uma forma geométrica de 5 lados

SKILL 2:

Identificar regularidades e padrões

Mor e Noss (2008)– Identificação do padrão de formação de sequências numéricas

e implementação do algoritmo em um ambiente de programação visual

SKILL 3:

Construir modelos descritivos e representativos

Lee et al. (2011)– Modelo de contágio de doenças considerando a quantidade de

alunos e a disposição física dos ambientes da escola

Revisão sistemática

LEVEL 4/7 COMPLETED!

LEVEL 5

Press start

Diretrizes:

Bases:

ACM, IEEE, ERIC, ScienceDirect, SpringerLink

String de busca:

“computational thinking” AND (“math” OR “mathematics”)

Critério de seleção:

Discussões conceituais ou experiências didáticas com validação experimental, full ou short papers

Resultados

55 artigos

34 experiências didáticas e 21 discussões conceituais

Resultados

Maioria das atividades são “plugadas”

Grande variedade de tópicos da matemática são explorados

Álgebra e Cálculo, Modelagem Matemática, Aritmética, Geometria Planar, Estatística, Álgebra Linear, Física

Muitas experiências didáticas (33,6%) ainda apresentam apenas evidências informais da sua eficácia

Uso limitado de triangulação de dadosInstrumento mais frequente – questionário (60,9% dos estudos com validação formal)

Oficina de Produção de Jogos Digitais

LEVEL 5/7 COMPLETED!

LEVEL 6

Press start

Diretrizes

(1) A construção de jogos deve motivar o desenvolvimento de todas as atividades da oficina

(2) As atividades devem progressivamente demandar que novos conceitos sejam explorados pelos alunos e, ao mesmo tempo, solicitar que o aluno utilize novamente conceitos explorados anteriormente

(3) As atividades devem progressivamente levar à construção da mecânica de um jogo completo

(4) A mecânica dos jogos, apesar de simples, deve trazer referências ao universo dos jogos “reais” significativas para os alunos

Construcionismo

Construção de estruturas de conhecimento através da construção de artefatos públicos e compartilhados (PAPERT E HAREL, 1991)

Situa o construtivismo no contexto da cultura digital

O uso de jogos digitais ainda segue de forma mais frequente um enfoque instrucionista do que um enfoque construcionista (KAFAI, 2006)

Aprendizagem baseada em problemas (ABP)

Conhecimento é construído e aplicado a partir da resolução de problemas

O professor atua na proposição dos problemas e na orientação da busca por soluções

Envolve momentos de autodiagnóstico em que os alunos identificam quais conhecimentos faltam para resolver o problema

Estrutura

12 semanas

7 jogos

Total de 38 tarefas solicitadas para os alunos

Jogos

Coleta de dados

Questionário inicial– Perfil dos alunos enquanto jogadores e critérios de qualidade

valorizados em jogos

Avaliação diagnóstica inicial– Questões da Prova Brasil e ENEM sobre os tópicos da Matemática

mobilizados na construção dos jogos

Observação participante em aula

Coleta dos jogos desenvolvidos

Entrevista durante a apresentação dos projetos finais

Repetição da avaliação diagnóstica

Resultados parciais

LEVEL 6/7 COMPLETED!

LEVEL 7 – FINAL

Press start

Aspectos de jogabilidade que são mais relevantes para os alunos aparecem nos jogos que eles próprios constroem

Os alunos com frequência questionaram alguns mecanismos de interação que afetavam a jogabilidade e tentaram melhorar esses mecanismos por conta própria.

Ao incorporar funcionalidades adicionais nos jogos, os alunos exploram novos conceitos de programação

Algumas estratégias de resolução de problemas empregadas pelos alunos parecem empregar a identificação de padrões para evitar o uso de

conceitos matemáticos não dominados

GAME OVER

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