Imersão e Interatividade em Ambientes Virtuais de - Latec-UFRJ
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Imersão e Interatividade em Ambientes Virtuais de - Latec-UFRJ
Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 Imersão e Interatividade em Ambientes Virtuais de Aprendizagem para Educação a Distância, com uso de Games e Realidade Virtual Vânia Marins 1 Cristina Jasbinscheck Hauguenauer 2 Gerson Cunha 3 1, 2 3 Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação Escola de Comunicação - Universidade Federal do Rio de Janeiro www.latec.ufrj.br – e-mail: [email protected] Grupo de Realidade Virtual aplicada - Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia - COPPE - Universidade Federal do Rio de Janeiro www.lamce.coppe.ufrj.br - e-mail [email protected] Resumo Este artigo apresenta um estudo envolvendo conceito de objetos de aprendizagem e a tecnologia de motores de jogos (game engines), aplicados à Educação a Distância Online (EAD Online). O estudo apresentado faz parte de um projeto de pesquisa mais amplo, desenvolvido em parceria entre o Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação (LATEC/UFRJ) e o Grupo de Realidade Virtual aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (GRVa/LAMCE) envolvendo Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Games e Realidade Virtual. São analisados os aspectos que envolveram desenvolvimento de um protótipo com utilização do Unreal Game Engine. Palavras-chave: Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Realidade Virtual, Games, Jogos Educativos, Educação a Distância. 14 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 Immersion and Interactivity in Virtual Learning Environments for Distance Learning, using Games and Virtual Reality Abstract This article presents a study of the concept of applying learning objects and game engines to Online Distance Learning. The study presented is part of a broader research project, developed in partnership between the Laboratory for Research on Information and Communication Technologies (LATEC / UFRJ) and the Group of Applied Virtual Reality from the Laboratory for Computational Methods in Engineering (GRVa /LAMCE), from the Federal University of Rio de Janeiro, involving Virtual Learning Environments, Games and Virtual Reality. Aspects that involved developing a prototype using the Unreal Game Engine are also analyzed. Keywords: Virtual Learning Environments, Virtual Reality, Games, Distance Education. Introdução Embora ainda com altos índices de evasão, a EAD Online vem se mostrando uma resposta viável às demandas atuais por educação. A qualidade do material didático utilizado em contextos de EAD Online tem se beneficiado dos recursos computacionais e das Tecnologias da Informação e da Comunicação (TICs) os quais são fortes aliados para a redução desses índices. Pensadores como Lévy (1999) e pesquisadores da área de educação como Clark (2006) e Gee (2006) apontam para o uso de simulações e realidades virtuais (games), como possibilidades de aproveitamento dos recursos computacionais disponíveis e conseqüente melhoria da qualidade dos materiais didáticos em contextos educativos ou EAD Online. 15 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 Neste artigo, objetivamos destacar a necessidade de pesquisar, desenvolver e aplicar métodos de engenharia de software e de design de games para a criação de uma metodologia para ambientes/objetos de aprendizagem, interativos e imersivos, os games, para EAD Online. Essa metodologia deve prever a utilização de motores de jogos (game engines), equipes interdisciplinares de desenvolvimento e valorizar a atuação do professor-autor, dando suporte à sua participação nas equipes desenvolvedoras de materiais didáticos. Educação Online e a Motivação para Aprender Instituições de educação, em todo o mundo, buscam oferecer ou já oferecem cursos a distância. Os cursos e os programas à distância têm se mostrado como a resposta mais adequada às exigências de educação e formação no mundo moderno. A possibilidade de estudar em “anytime, anywhere and anypace” é bastante atraente e torna-se viável com os recursos das TICs. Contudo, o alto índice de evasão de alunos, já esperado em EAD Online, assinala a necessidade de aprofundamento das pesquisas em torno de novas tecnologias, técnicas e metodologias. Segundo Clark (2006) os altos índices de evasão em EAD Online não devem ser considerados necessariamente sinal de fracasso, pois, a modalidade a distância, centrada no aluno, encoraja a flexibilidade de acesso, permitindo entrar e sair a qualquer momento. Segundo ele, várias podem ser as razões para a evasão, até mesmo razões pessoais que nada tenham a ver com os métodos utilizados. Por outro lado, os índices podem apontar para uma relação tênue entre a instituição e o aluno ou uma certa frustração com os métodos utilizados e o material didático. Dada a afirmação de Clark (2006) de que a qualidade do material didático pode influenciar a decisão do aluno em abandonar o curso, e como esta é a possibilidade de intervenção mais próxima da área de atuação do professor, pesquisar novas 16 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 técnicas e métodos para a criação de material didático para EAD Online, tendo em vista elevar a motivação do estudante (2006) e assim baixar os índices de evasão, é a opção mais indicada. Lucena (2000) observa que o maior problema encontrado por professores que desejam desenvolver materiais didáticos para EAD Online, utilizando as TICs, é o aprendizado de linguagens de programação ou de softwares de autoria, necessários a essa tarefa. Nessa mesma linha de pensamento, Fuks (2000) afirma que, “para desenvolver conteúdos atraentes são necessários, além do conhecimento do tema, habilidades pedagógicas e de design gráfico”, um conjunto de habilidades que não fazem parte da formação dos professores. Nesse sentido, faz-se necessário o desenvolvimento de soluções e de técnicas para instrumentalizar o professor – autor. Material didático para EAD Online e Games como Ambientes de Aprendizagem Lèvy (1999) afirma que “toda e qualquer reflexão séria sobre o devir dos sistemas de educação e formação na cibercultura deve apoiar-se numa análise prévia da mutação contemporânea da relação com o saber”; segundo ele, as tecnologias intelectuais suportadas pelo ciberespaço (TICs) ampliam, exteriorizam e alteram muitas funções cognitivas humanas, como memória (bancos de dados e hipertextos), imaginação (simulações), percepção (ambientes interativos e imersivos) e raciocínio (inteligência artificial), além de favorecer novas formas de acesso à informação. A EAD Online é modalidade de educação que mais tem se apropriado dos recursos das TICs. Isso se dá principalmente pela facilidade de acesso a conteúdos, a informações e a ferramentas de comunicação que a Internet oferece. Porém, muitas das suas potencialidades permanecem ainda pouco exploradas, principalmente quando se trata da utilização de ferramentas computacionais para a criação de materiais didáticos. 17 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 É notável, em instituições como a Rede Internacional Virtual de Educação (RIVED), o interesse despertado pelos objetos de aprendizagem interativos. Esse tipo de aplicações é respaldado pelas teorias de aprendizagem construtivistas, que defendem a idéia de que o conhecimento é construído a partir das interações das pessoas com o meio em que vivem e com os objetos que as cercam. As afirmações de Swales (2003) de que os materiais didáticos para o EAD Online devem seguir uma abordagem focalizada no estudante, em vez de uma abordagem tradicional, focalizada no conteúdo dos livros, também sugerem um uso mais interativo e imersivo das TICs. A chave é o estudante. Ele precisa se sentir envolvido e motivado pelos materiais, e se apropriar das competências e dos conhecimentos que eles oferecem. Uma linha de investigação, ainda pouco explorada no Brasil, capaz de contribuir significativamente para a EAD Online, é a dos ambientes/sistemas interativos e imersivos (realidades virtuais), os games. A idéia do uso de games em atividades educativas tem sido defendida por pesquisadores como Gee (2006) e Clark (2006). O primeiro afirma que, embora os games sejam bastante complexos, principalmente para iniciantes, seus jogadores aprendem sem o auxílio de professores e ainda pagam por isso; o segundo explica que isso se dá porque os designers de bons games descobriram métodos de incentivar as pessoas a aprender e a gostar de aprender – “No teacher, no guidance, just pure learning”. Clark (2006) enumera os seguintes aspectos pedagógicos observados na concepção dos games: (1) metas e submetas; (2) aprendizado através dos erros; (3) reforço; (4) feedback; (5) colaboração, à medida que os games podem ser jogados por vários jogadores ao mesmo tempo, em rede ou em um mesmo computador ou console de videogame, desde que esse possua a opção de multiusuário (multiplayer). Essa capacidade está alinhada com as teorias de aprendizagem que indicam a colaboração e a socio-interação (Vygotsky, 1987) como estratégias de aprendizagem em EAD Online; (6) aprendizagem centrada no aprendiz; (7) Zona de 18 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 Desenvolvimento Proximal. A noção de Zona de Desenvolvimento Proximal foi introduzida pelo pensador russo Lev Vygostky (1987); segundo ele, o ensino eficaz não é o que espera o desenvolvimento cognitivo completo; mas aquele que se antecipa ao mesmo, impulsionando-o. Tal idéia está presente na concepção dos games, à medida que eles permitem aos jogadores começarem a agir antes mesmo de estarem totalmente competentes para a tarefa (Clark, 2006c). Os games também permitem que os aprendizes explorem ambientes, processos ou objetos através da interação e da imersão, ou seja, dentro do próprio ambiente de estudo. Dessa forma, eles experimentam o conhecimento de forma interativa e aprendem um assunto a partir de sua imersão no próprio contexto deste assunto. Esta proposta de pesquisa parte da afirmação de Levy (1999) e Clark (2006b), de que a motivação para aprender está diretamente relacionada com a qualidade do material didático e com a diminuição dos índices de evasão. Ela está alinhada com a proposta de utilização de objetos de aprendizagem interativos e imersivos (realidades virtuais), games, em cursos a distância, visando melhorar a qualidade dos materiais didáticos e assim aumentar a motivação de aprender. Um game para uso educativo é um produto de software cujo desenvolvimento envolve uma equipe de profissionais com competências em diversas áreas. Laurel [9] afirma que o designer de tais sistemas precisa ser um superdesigner com as habilidades de um engenheiro, de um artista e de um psicólogo. No caso específico de sistemas interativos para a educação, o designer também precisa ter conhecimentos pedagógicos, pois o sistema deve se fundamentar em alguma teoria de como as pessoas aprendem (santos, 2003). Contudo, segundo mesmo um design que integre essas competências e habilidades não teria sentido sem a participação do professor, pois é a autoria dele que vai dar o acabamento final ao projeto. Assim sendo, é preciso também prever sua participação, abrindo espaço para sua criatividade e seu saber pedagógico (Marins, 2003). 19 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 Uma metodologia para sistemas interativos e imersivos para EAD Online, que contemple a interdisciplinaridade exigida e a participação criativa do professor-autor, no contexto desta pesquisa, é definido por quatro elementos principais, a saber: (1) interação humano computador (IHC) e engenharia de software; (2) design de games; (3) design instrucional para EAD Online e (4) autoria do professor. Para dar forma à utilização dos games em educação foram selecionados: (1) o conceito de Objetos de Aprendizagem, que podem ser entendidos, segundo Bettio apud Martins (2003), como um pedaço reutilizável de informação independente de mídia, construído com início, meio e fim, cuja maior vantagem é a sua capacidade de reutilização. Neste estudo, adotamos o padrão recomendado pela RIVED – Rede Internacional Virtual de Educação – um programa da Secretaria de Educação a Distância – SEED, ligado ao MEC, que tem por objetivo a produção de conteúdos pedagógicos digitais na forma de objetos de aprendizagem, e (2) a utilização de motores de jogos digitais. Os games engines foram escolhidos por atender aos seguintes requisitos: (2.1) encapsular códigos que podem ser reutilizados para diversos projetos com alguma semelhança entre si; (2.2) permitir uma perfeita integração entre os recursos de arte (modelos, imagens, texturas, sons etc.) e a programação; (2.3) tornar o desenvolvimento o mais independente possível de plataformas e tecnologias; (2.4) fazer com que a aplicação seja capaz de maximizar o uso dos recursos de hardware disponíveis (GPU, processamento distribuído, hardware de áudio etc.); (2.5) permitir gerenciamento de projeto e (2.6) disponibilizar mecanismos de suporte à autoria do professor. Desenvolvimento do Protótipo Com o objetivo de avaliar ferramentas e metodologias para a construção de Ambientes Virtuais de Aprendizagem utilizando os recursos da realidade Virtual, foi desenvolvido um protótipo utilizando o game engine do jogo Unreal Tournament 20 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 (Unreal Game Engine), cuja escolha se deu principalmente pelo fato de ser disponibilizado gratuitamente para uso educativo. O protótipo foi desenvolvido para utilização no contexto de uma disciplina de Educação Artística e tem como objetivo instrucional oferecer ao aluno uma experiência imersiva em um ambiente surrealista com quadros de Salvador Dali. Esse estudo faz parte de um projeto de pesquisa mais amplo, desenvolvido em parceria entre o Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação (LATEC/UFRJ) e o Grupo de Realidade Virtual aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (GRVa/LAMCE) envolvendo Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Games e Realidade Virtual. Estrutura do Game O game desenvolvido é composto por um único nível, onde o aluno “caminha” por um cenário de deserto, inspirado no quadro “Persistência da Memória”, e encontra elementos que remetem a outras obras de Dali como, por exemplo, uma árvore em chamas inspirada no quadro “Girafa em Chamas”, olhos flutuantes no céu, extraídos do quadro “Olho”, dentre outros. A figura 1 mostra a imagem da área de trabalho do game engine e a figura 2, uma tela do ambiente do game. As figuras 3, 4 e 5 mostram as telas de Dali citadas acima. 21 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 Figura 1: Área de trabalho do Unreal Game Engine. Figura 3: “Persistência da Memória”. Figura 2: Tela do game visualizada no computador pessoal. Figura 5: “Olho”. Figura 4: Girafa em Chamas”. Avaliação e Teste do game O protótipo de game foi testado na sala de visualização do GRVa/LAmce/Coppe/UFRJ, como é ilustrado na figura 6, a fim de se verificar a possibilidade de utilização de games desenvolvidos com motores de jogos em salas de visualização ou caves. A sala de visualização utilizada possui as seguintes características: (1) 7,0 metros de comprimento por 3,5 metros de largura; (2) cluster de computadores Xeon de 4 Gb de memória RAM, placa de vídeo NVIDIA FX 4500; 22 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 (3) projetores de 3.500 NSI Lumens; (4) HoloSpace com 2 telas medindo 3x3 metros, cada mono podendo trabalhar em estéreo; (5) Tela para projeção em estéreo. A navegação no ambiente do game se faz através de um controle remoto manual semelhante ao que é utilizado em equipamento doméstico como DVD ou TV, não sendo necessário nenhum conhecimento técnico adicional para o usuário. Figura 6: Foto da sala de visualização do GRVa/LAmce/Coppe/UFRJ durante o teste do game. O teste do protótipo de game, na sala de visualização, confirmou a hipótese de flexibilidade do sistema, que pode ser utilizado tanto no computador pessoal como na sala de visualização, sem requerer adaptações no software. A utilização do protótipo na sala de imersão resultou num aumento significativo no potencial afetivo e cognitivo do game. Essa constatação assinala a necessidade de pesquisar mais a fundo as diferenças em termos de cognição e de aprendizagem em função do grau de imersão e o tipo de ambiente imersivo a que está submetido o usuário. 23 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 Considerações finais A definição de uma metodologia para a criação de games educativos é o primeiro passo para a evolução e a expansão do uso de Realidade Virtual em Educação, uma resposta possível aos questionamentos de Lèvy aos pesquisadores que se interessam por Educação e são sensíveis às potencialidades introduzidas pelas TICs. Os resultados parciais desta pesquisa revelam a necessidade de desenvolver uma metodologia para aplicações de Realidade Virtual em Educação no formato de ambientes/sistemas interativos e imersivos, games, como objetos de aprendizagem que: (1) desenvolva novos conceitos de engenharia de software aplicáveis a esses sistemas; (2) seja capaz de instrumentalizar o professor-autor; (3) inclua aspectos interdisciplinares (IHC, engenharia de software, design, arquitetura, design de games, cinema, psicologia, design instrucional, teorias pedagógicas aplicáveis nesse contexto, dentre outros); (4) permita diferentes estilos de aprendizagem [13]; (5) ofereça alternativas em software livre; (6) desenvolva uma arquitetura modular de design para os ambientes e objetos, prevendo sua reutilização e padronização em todos os níveis; (7) aproveite a capacidade multiplayer dos games como proposta de aprendizagem colaborativa.. A análise do desempenho do protótipo desenvolvido aponta para a necessidade de avaliar outros motores de jogos (games engines) e validar a metodologia proposta tanto com o professor-autor quanto com os estudantes. A análise da utilização do protótipo na sala de visualização permite concluir pela necessidade de pesquisar mais a fundo as diferenças em termos de cognição e aprendizagem em função do grau de imersão e do tipo de ambiente imersivo utilizado. 24 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 Agradecimentos Agradecemos, à coordenação do GRVa/LAMCE/COPPE/UFRJ a permissão para utilizar a sala de visualização e, ao técnico César Costa, por ter participado na instalação do protótipo. Referências Bibliográficas BETTIO, R. W. & MARTINS, A. Objetos de Aprendizado – Um novo modelo direcionado ao Ensino a Distância. 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Tecnologias de Informação Aplicadas à Educação – construindo uma rede de aprendizagem usando o ambiente 25 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação. Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008 AulaNet. Laboratório de Engenharia de Software (LES) – Departamento de Informática, Pontifícia Universidade Católica. Rio de Janeiro, 2000. LAUREL, Brenda. The Art of Human Computer Interface Design. USA: AddisonWesley Publishing Company, USA, 1990. LÉVY, Pierre Cibercultura. São Paulo: Loyola, 1999. MARINS, Vânia Projeto de Aprendizagem - Um Modelo de Interface GráficoPedagógica de Conteúdos para e-Learning. Dissertação de Mestrado, NCE-UFRJ, 2003. MISANCHUK, Earl R. Preparing Instructional Text - Document Design Using Desktop Publishing. New Jersey: Educational Technology Publications, 1992. SANTOS, Neide. Interfaces de Ambientes Educacionais: Diretrizes de Projeto. 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Atualmente é coordenadora da disciplina de Introdução à Informática dos cursos de graduação a distância oferecidos pelo Consórcio CEDERJ, das disciplinas de Informática Educativa I e II do curso de pós-graduação em Novas Tecnologias no Ensino de Matemática e da disciplina de Mídias e Ambientes Virtuais do curso de pós-graduação em Planejamento, Implementação e Gestão da Educação a Distância oferecidos pela UFF/UAB/CEDERJ. Possui experiência em design instrucional para Educação a Distância atuando nesta área desde 2004. Cristina Jasbinschek Haguenauer Graduada em Engenharia Civil pela UERJ (1985), Mestre em Engenharia pela PUC-RJ (1988) e Doutora em Ciências e Engenharia pela UFRJ (1997). Professora Associada da Escola de Comunicação da UFRJ; atua em ensino, pesquisa e consultoria na área de Tecnologias da Informação e da Comunicação, com foco em Educação a Distância, Capacitação Profissional, Formação Continuada, Hipermídia, Jogos Educativos, Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Portais de Informação e Realidade Virtual. Coordenadora do Laboratório de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação - LATEC/UFRJ. Gerson Gomes Cunha Doutor em Engenharia Civil pelo Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (2004), Mestre em Engenharia Civil pelo Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (1991), Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1985). Atualmente é Engenheiro/Pesquisador da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Sócio Gerente da Simset Tecnologia de Simulação Ltda., Pesquisador Participante do Fundação COPPETEC. Coordenador do Grupo de Realidade Virtual aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (GRVa/LAMCE/COPPE/UFRJ). Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Metodologia e Técnicas da Computação. Atuando principalmente nos seguintes temas: Realidade Virtual, Computação Gráfica, Plataformas Flutuantes, Exploração de Petróleo. 27 Universidade Federal do Rio de Janeiro – Grupo de Realidade Virtual aplicada e Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação.