Artigos de autoria do Prof. Stefanelli

O uso da multimídia para o
ensino do desenho geométrico

Resumo

O Desenho Geométrico faz parte, costumeiramente, do conteúdo da unidade curricular 'Desenho Técnico', que é ministrada a estudantes do segundo grau técnico e a estudantes de alguns cursos de exatas no terceiro grau. Seu objetivo é estudar as figuras geométricas planas, que podem ser traçadas com auxílio de régua e compasso, e os sólidos cujas faces formam estas figuras. A estratégia para seu ensino é, geralmente, o de praticar os procedimentos clássicos para solução de problemas concretos.

Ela dispensa pré-requisitos, os dados com que trabalha são proposições verdadeiras dentro de um sistema lógico e seu legado é o raciocínio e a visualização espaciais. Mesmo assim, esta é uma das disciplinas que mais reprovam no primeiro ano do segundo grau técnico. O objetivo deste artigo é discutir o CD-ROM interativo utilizando tecnologia multimídia para o ensino do Desenho Geométrico – “O Desenho Geométrico em Multimídia” (disponível para download grátis em www.stefanelli.eng.br).

Introdução

A Telecomunicação e a Informática alteraram drasticamente as expectativas dos jovens que chegam ao segundo grau, pois, acostumados a obter informações pelo mundo, seguindo sua curiosidade e apenas com o esforço de um toque de dedo (seja no teclado, mouse ou no controle-remoto), sofrem um choque quando chegam à escola. Nela encontram as mesmas condições de ensino utilizadas desde o início do século passado: um ensino centrado no professor, que era respeitado por ser o detentor de todo o conhecimento e cujas principais ferramentas de trabalho eram sua voz e o quadro de giz. A escola era o único lugar que possibilitava ao estudante conhecer algo além do que via e ouvia no seu dia-a-dia. O conhecimento das letras, das ciências, da história e geografia era seu monopólio e a única possibilidade de ascensão social passava por seus bancos. Hoje a escola mudou, é vista como um castigo por estes jovens, frustrando suas expectativas, diferente do mundo de descobertas e realizações que deveria ser.

Acrescenta-se a isto a radical alteração da forma como a tecnologia é gerada e distribuída. Estima-se que na virada do século, nos países do Primeiro Mundo, a maior parte da população estará de alguma forma trabalhando com informações. É incontestável que a quantidade de cientistas que hoje está trabalhando e produzindo não encontra paralelo na história da humanidade, e como resultado estamos vivendo o que os analistas convencionaram chamar de “a era da informação” (LINDSTROM R., 1996): onde a quantidade de conhecimentos se duplica de forma prodigiosa, trazendo como resultado o rápido envelhecimento destes conhecimentos e, a reboque, a cada vez mais frequente necessidade da atualização tecnológica dos profissionais e dos professores.

O objetivo deste artigo é discutir a viabilidade de um programa de computador capaz de ensinar desenho geométrico e que seja ao mesmo tempo motivador e auto instrutivo; que permita ao estudante interagir com ele despertando sua curiosidade e aprender seguindo seu ritmo; que possua ferramentas que permitam a avaliação do estudante, que seja rico de estímulos e que enfatize o aprendizado.

Tendo em mente as considerações expostas, um grupo de pesquisadores do Núcleo de Pesquisa das Novas Tecnologias de Comunicação Aplicadas à Comunicação A Escola do Futuro da USP, coordenado pelo Prof. Alexander Joseph Romiszowski e patrocinada pelo CNPQ, iniciou a pesquisa de um meio de ensino auto instrutivo, motivador e que permitisse ao seu usuário atualizar-se a qualquer tempo e em qualquer lugar. Havia a preocupação que este meio fosse rico em desafios e motivações, ao mesmo tempo que retirasse do professor a responsabilidade do ensino e lhe permitisse uma posição, sob nosso ponto de vista, mais nobre: a de orientador. Como resultado desta pesquisa concluímos que o computador seria a ferramenta ideal para este fim, pois permite o arquivamento de dados através de múltiplos recursos de comunicação – som, imagens paradas e em movimento, textos, hipertextos – e possibilita a recuperação destas informações de forma multisensorial e integrada. Uma outra vantagem do computador sobre os vários meios pesquisados é a ‘paciência’ em aceitar a repetição do exercício ou explicação, até que o estudante se aproprie do conteúdo tratado. E mais: com seu barateamento a maioria das escolas do segundo grau está recebendo estes equipamentos.

Multimídia

O termo ‘multimídia’ foi utilizado pela primeira vez para descrever a transmissão de informações utilizando múltiplos meios de comunicação ou múltiplos sentidos. “Em seu sentido mais lato o termo ‘multimídia’ se refere à apresentação ou recuperação de informações que se faz, com auxílio de computador, de maneira multisensorial, integrada, intuitiva e interativa.” (CHAVES E., 1991).

A apresentação multisensorial quer dizer que mais de um sentido humano está envolvido no processo, fato que pode exigir a utilização de meios de comunicação que, até há pouco tempo, raramente eram empregadas de maneira coordenada e integrada. O que se fazia até então, com a utilização dos recurso audiovisuais, era a apresentação da informação de forma justaposta, já que somente dois sentidos estavam envolvidos no processo, “deixando de lado a dimensão táctil da multimídia, pois, com auxílio do mouse, podemos como que “tocar” no programa que estamos executando” (CHAVES E., 1991). Esta propriedade só foi atingida graças à capacidade do computador moderno de armazenar, processar e transmitir informações na forma de: som, imagem, texto, etc.

Som

Na natureza a maioria dos eventos que presenciamos é acompanhado de um som; por isto devemos utiliza-lo como um poderoso aliado na obtenção da atenção do estudante. “Com a capacidade do som digital, nós temos acesso não só aos poderosos manifestos da narração, mas também às influências subliminares dos efeitos da música. ” (LINDSTROM R., 1996).

Saiba mais deste assunto na página: Som - Fundamentos do Som e sua digitalização.

Imagens

O computador permite o arquivamento de imagens paradas ou em movimento, tratando-as como qualquer outro tipo de dado, porém os computadores modernos permitem demonstrar estas imagens na tela com uma qualidade admirável.

Uma das possibilidades mais poderosas, a nosso ver, na multimídia é a de adicionar imagens em movimento. Este recurso nos permite atrair a atenção do estudante para o ponto da tela necessário no momento certo, dar ênfase a textos ou eventos, ou demonstrar fenômenos a traves de animações e simulações que, de outro modo, poderia ser muito caro ou perigoso.

Saiba mais deste assunto nas páginas:
Fotografia - Fundamento da fotografia e sua digitalização
,
Vídeo - Fundamentos do vídeo e sua digitalização e
Animação - Fundamentos da animação digital.

Textos

“As palavras escritas são descritivas, detalhadas e diretas,” (LINDSTROM R., 1996) porém, a tela do computador não é o local mais adequado para a leitura, pois a resolução da tela é inegavelmente menor que a resolução das mídias impressas. O uso das barras de rolagem são desagradáveis, transformando o prazer da leitura em um sacrifício, a luz dirigida diretamente para os olhos torna a leitura cansativa quando comparada à luz indireta na página impressa. Porém, foi preciso adaptar esta poderosa forma de transmissão de informações para o ambiente da multimídia.

Saiba mais deste assunto, dentre outros, na página: Texto - Fundamentos do texto, interação, hipertexto e hipermídia.

Hipertexto

O termo ‘hipertexto’ foi utilizado pela primeira vez a aproximadamente trinta anos; em seu artigo o pesquisador previa que todos os documentos criados pelo ser humano estariam, através de ligações (link), contidos em um único e gigantesco texto. Na prática, hipertexto é um sistema de textos interligados que permitem ao estudante ler um assunto de forma personalizada, sendo remetido a novos textos quando clica sobre hotwords – objeto feito por uma ou mais palavras, que pode responder a um evento do mouse ou do teclado – previamente marcadas no texto. (Figura 1).

Figura 1 – Representação esquemática de hipertexto (Graphic representation of hypertext)

Saiba mais deste assunto, dentre outros, na página: Texto - Fundamentos do texto, interação, hipertexto e hipermídia.

Hipermídia

A hipermídia é uma extensão do conceito de hipertexto, pois, além de interligar os textos através dos hotwords, interliga também novas mídias, como por exemplo: fotos, sons, filmes, etc. (Figura 2).

Figura 2 – Representação esquemática de hipermídia (Graphic representation of hypermedia)

Saiba mais deste assunto, dentre outros, na página: Texto - Fundamentos do texto, interação, hipertexto e hipermídia.

Interação

A interação é a razão de existir da multimídia. Ela é a propriedade de um aplicativo que “permite ao usuário fazer perguntas ou então dirigir o fluxo da execução do programa”. (BADGETT T., 1994).  “O poder da interatividade reside na habilidade de todas as partes em expressar seus interesses e comunicar suas preocupações”. (LINDSTROM R., 1996).

Saiba mais deste assunto na página: Som - Fundamentos do Som e sua digitalização.

O software “Desenho Geométrico em Multimídia”

Aplicando estes conhecimentos e como resultado da pesquisa, nosso grupo desenvolveu o software “Desenho Geométrico em Multimídia”. Ele está dividido em três aplicativos: “Enciclopédia”, “Prancheta Virtual” e “Jogo”. Cada aplicativo é acessado através de seu respectivo ícone do grupo de programas “Desenho Geométrico em Multimídia”, que é criado automaticamente no Windows no momento de sua instalação.

A “Enciclopédia”

A “Enciclopédia” contém a teoria da Geometria, dividida em tópicos: Ponto, Reta, Plano, Retas Paralelas, Concorrentes, Reversas, Circunferência, Polígonos, etc. A teoria é apresentada na forma de animações bidimensionais e tridimensionais, hipertextos, desenhos e narrações. Pela “Enciclopédia”, o aluno também tem acesso à “Prancheta Virtual”. A navegação por este aplicativo é feita de maneira livre, não linear, estimulando a curiosidade do estudante ou seguindo a orientação do professor.

No módulo “Enciclopédia” os conteúdos são explicitados, os procedimentos clássicos são demonstrados, têm-se acesso aos hipertextos, glossários, exemplos, exercícios, comparações, etc.

Ao abrir a “Enciclopédia” o aluno encontra a interface vista na tela 1 – a chamada ‘pirâmide de pedras’. Nela o estudante seleciono o assunto da geometria que quer interagir, tem acesso à ajuda, e também ao tutorial – que demonstra a utilização do programa. É também por esta tela que se sai do programa.

Menu principal - Pirâmide - Tela inicial do módulo “Enciclopédia” - leva aos conteúdos do programa "O Desenho Geométrico em Multimídia"

Tela 1 – Tela inicial da “Enciclopédia” (Opening screen of the “Enciclopédia”)

Ao clicar nos itens apresentados nas pedras da pirâmide, o aluno entra na tela principal – tela que trata do respectivo tópico. Para auxiliar o estudante na navegação, os tópicos já vistos mudam de coloração na pirâmide de pedras. Todas as telas de conteúdo apresentam a mesma interface com o usuário. Por exemplo, veja a seguir a tela que trata do assunto “Retas Paralelas” (tela 2):

Tela 2 – Tela principal (The main screen)

A “Prancheta Virtual”

A “Prancheta Virtual” é o ambiente gráfico que simula a utilização de uma prancheta real, isto é, os mesmos procedimentos usados para executar um desenho com ajuda dos instrumentos – régua e compasso – deverão ser repetidos neste ambiente. É aqui que o aluno resolve os exercícios do Desenho Geométrico.

Como acontece quando um aluno utiliza uma prancheta real, a “Prancheta Virtual” contém uma área para desenhar e os instrumentos usuais de trabalho, ou seja, lápis, régua, borracha e compasso. Como no Desenho Geométrico não há fundamentalmente o uso de medidas, não há uma régua com escalas. (Tela 3).

Tela 3 – Prancheta Virtual (The Virtual Drawing Board)

Como o objetivo deste ambiente gráfico é simular o uso de uma prancheta real, não há nenhuma ferramenta que construa automaticamente uma figura geométrica ou solucione um problema. O aluno deve resolver os exercícios como o faz na ausência do computador. Ele, no entanto, tem algumas facilidades que não encontra na prancheta tradicional. O aluno conta, por exemplo, com botões para salvar o conteúdo de seu trabalho, para abrir outros já feitos anteriormente e para imprimir. Há outras vantagens claras na “Prancheta Virtual”, como por exemplo o uso da borracha: ela não deixa rastros.

A “Prancheta Virtual” pode ser utilizada de três módulo distintos. No primeiro módulo, ela trabalha como se fosse uma prancheta real – um ambiente que simula a utilização de régua e compasso seu objetivo é a prática das soluções. No segundo, o módulo “procedimento”, ela atua como um tutorial, que demonstra passo a passo os procedimentos clássicos para solução de problemas geométricos. E no terceiro, o módulo “exercício”, o estudante resolve um exercício e a “prancheta” avalia se este está correto. Isto acontece graças a um algoritmo que isola os objetos criados pelo estudante e compara seus atributos – ângulo e posição por exemplo – com os atributos esperados.  Por exemplo: para a determinação de uma reta paralela a uma reta dada por um ponto dado, o programa identifica se foi criado um objeto “reta” que tenha os seguintes atributos: esteja posicionada ‘sobre’ o ponto dado e, ao mesmo tempo, possua a mesma inclinação que a reta dada. A “Prancheta Virtual” ainda dispõe de um tutorial e de ajuda on-line para facilitar a compreensão de sua utilização.

No decorrer do desenvolvimento da “Prancheta Virtual” percebemos um grave problema. Devido às limitações técnicas de resolução do monitor de vídeo, o usuário não conseguia criar uma reta, ou outro objeto, exatamente a partir da interseção de duas linhas. A sucessão de erros gerados pelo mau posicionamento dos pontos, durante a solução do exercício, levava o programa a interpretar como errado um exercício tecnicamente correto. A solução implementada foi gerar automaticamente um novo objeto – um  ponto – na interseção de duas retas, com  a propriedade de atrair o cursor. Esta característica passou a forçar o posicionamento adequado do “instrumento de desenho virtual” nos pontos corretos. O objetivo de obter o máximo de precisão foi alcançado, pois o programa melhorou seu índice de acertos no momento de avaliar o exercício.

O “Jogo”

No “Jogo” o aluno segue uma navegação dirigida e linear, cuja sequência é dada em função de pré-requisitos, ou seja, o aluno não poderá entrar no tópico “Retas Paralelas” sem antes ter dominado os conteúdos do tópico “Retas”.

O aluno conquista o direito de avançar para o próximo tópico respondendo ao enigma da Esfinge, que é uma avaliação dos conceitos tratados no tópico corrente. O emprego do jogo é justificado pelo seu aspecto lúdico e motivador.

Sua metáfora é o aprisionamento do estudante em uma pirâmide no Egito, onde ele passará por diversas salas. Cada sala contém um dos tópicos do Desenho Geométrico. O aluno estará livre quando responder às perguntas da Esfinge ou quando solucionar os exercícios propostos, desvendando o enigma da pirâmide.

Basicamente o “Jogo” tem a mesma estrutura da “Enciclopédia”, as principais diferenças são: a impossibilidade da interação livre com o programa – pois os hot-words só remeterão o aluno a assuntos conhecidos e os assuntos não abordados são desabilitados na pirâmide de pedras; e quando o estudante tenta avançar para o próximo tópico ativa-se a tela de avaliação: a tela da Esfinge (tela 4).

Tela 4 – A Esfinge e um de seus enigmas (The Sphinx and one of its questions) - interaja com as arestas da pirâmide

Conclusão e Considerações Finais

Como aludimos no início deste artigo, ao iniciarmos as pesquisas, nossa grande incerteza era se o computador poderia ser utilizado como instrumento para o ensino de Desenho Geométrico, tendo em vista a dificuldade intrínseca em se avaliar um exercício.

Iniciamos a pesquisa das possibilidades da Informática e começamos a produzir um ambiente gráfico que resultou na “Prancheta Virtual”. Finalizada esta etapa, iniciamos a pesquisa da possibilidade deste programa não só ser um ambiente de construção de exercícios, mas também ser um tutor no ensino dos procedimentos clássicos e poder analisar se os exercícios estariam corretos.

Em paralelo, pesquisávamos como utilizar o potencial do computador para ensinar os conceitos do Desenho Geométrico. Uma das técnicas investigadas, que se mostrou bastante profícua, foi a do mapeamento de informações, pois nos forneceu textos curtos e claros. Outra técnica foi a animação em 2D que nos permitiu demonstrar os procedimentos clássicos para solução dos problemas geométricos. Mais ainda, a técnica de animação em 3D permitiu a visualização, no espaço, dos exemplos dos assuntos tratados; a comparação, através de transformações das entidades geométricas em objetos do dia-a-dia; o aprendizado da utilização adequada do material de desenho na obtenção das entidades geométricas; o esclarecimento de eventuais dúvidas ao demonstrar contra-exemplos; tomando sempre o cuidado de observar se o estudante está dominando estes conceitos através de exercícios conceituais e de procedimentos. Tudo feito com a máxima atenção para deixar o trabalho atrativo.

Em função das limitações técnicas de resolução dos monitores de vídeo, desenvolvemos uma maneira de aumentar a precisão durante as soluções dos exercícios, posto que a sucessão de erros comprometia sua qualidade, levando o programa a interpretar um exercício tecnicamente correto como incorreto. Para este fim desenvolvemos uma rotina que atrai o cursor em intersecções de linhas, garantindo que o estudante sempre clicará no ponto adequado.

Nossa equipe, não poupou esforços no sentido de executar um programa hipermídia completo, tanto que ele trata de vinte e cinco assuntos distribuídos em cento e setenta e quatro páginas, conta com duzentos e setenta animações em 3D, vinte e seis de procedimentos técnicos, trinta e um exercícios, tutoriais, narrações, glossário, hipertexto, ajuda etc.

As técnicas pesquisadas durante este período se mostraram bastante eficazes para a produção de programas educacionais interativos, mas também na preparação de aulas expositivas, pois acrescentam uma nova dimensão – saindo do plano do quadro de giz convencional – aos assuntos tratados pelos professores na sala de aula, servindo como poderosa ferramenta para estes profissionais.

Além do coordenador do grupo Prof. Alexander Joseph Romiszowski,  a equipe era formada pelo programador Prof. Delmar Galisi Domingues, pelo artista gráfico Mauricio Pirillo, também criador das animações em 3D, pelo Prof. Eduardo José Stefanelli, autor e conteudista da obra, e pelo estagiário Leandro Galdino de Almeida.

Prof.: Eduardo José Stefanelli
Prof. Ms. do IFSP - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo.
Pesquisador do Núcleo de Pesquisa das Novas Tecnologias de Comunicação Aplicadas à Educação – A Escola do Futuro da Universidade de São Paulo.
professor@stefanelli.eng.br
www.stefanelli.eng.br

Eduardo J. Stefanelli - www.stefanelli.eng.br