PROJETOS

2017

coordenador do projeto

área de conhecimento

projeto

Edison Ishikawa

Ciências Exatas e da Terra

Edital DEG/DAC/CEAD n 001/2017

ICC do 3º Milênio

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ICC do 3º Milênio

1. JUSTIFICATIVA

A disciplina - 113913 - Introdução à Ciência da Computação (ICC) é um

curso introdutório de algoritmos e programação de computadores com 4

horas/aula por semana, para alunos que não são da área de computação. É uma

disciplina de serviço ofertada pelo Departamento de Ciência da Computação da

UnB. ICC é disciplina obrigatória dos cursos de Bacharelado em Estatística,

Bacharelado em Matemática, Licenciatura em Matemática (diurno e noturno),

Engenharia Civil, Engenharia Elétrica, Engenharia Florestal, Engenharia

Mecânica e Engenharia de Produção. No total são, em média, 350 alunos por

semestre.

Pesquisas em educação em Computação mostram que o ensino

presencial é importante em um primeiro curso de algoritmos e programação, uma

vez que o aprendizado de uma nova forma de pensar (computacionalmente) e

de uma linguagem de programação lida com informações complexas. Estas

pesquisas revelam que é difícil entender informações complexas. Que muitos

domínios científicos lidam com conceitos abstratos que estudantes tem

dificuldade de entender. E isto é verdadeiro na aprendizagem da programação

de computadores, que é um processo abstrato múltiplo. De fato, pesquisas

mostram que a taxa média de reprovação mundial e nacional em uma disciplina

inicial de algoritmos e programação beiram os 50%, o que é muito alto.

Mas não bastam apenas aulas teóricas e práticas presenciais com uso de

tecnologia. A disciplina ICC não pode ficar restrita ao emprego de moderno

métodos pedagógicos e tecnologias, ela também deve acompanhar a revolução

do ensino na área de computação, conforme colocado por Brasilina Passarelli,

professara titular da ECA/USP e Coordenadora Científica do NACE - Núcleo de

Apoio à Pesquisa sobre Novas Tecnologias de Comunicação Aplicadas à

Educação Escola do Futuro/USP.

“Em tempos de hiperconectividade (ou conectividade continua), da Internet das Coisas, das roupas e dispositivos inteligentes e do Big Data - bancos de dados de dimensões avassaladoras - vivenciamos a reconfiguração das relações sociais e suas estruturas de poder, da economia e da educação num fluxo e refluxo contínuo mediado pelas

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interfaces de diferentes dispositivos de tecnologia digital. Assim, nessa cultura do remix novas lógicas, novas semânticas, novas éticas e novas literacias/letramento também denominadas media literacy (um novo conjunto de habilidades e/ou competências construídas a reboque do uso de diferentes tecnologias digitais) emergem com urgência para dar conta de uma realidade comunicacional que não mais comporta o processo de comunicação de massa reduzido à dualidade emissor-receptor do século passado. O novo século traz em seu DNA o conceito de “nova economia” que pressupõe novos modelos de negócios, a reciprocidade das ações comunicacionais e o hibridismo dos meios de comunicação de massa tradicionais como TV, cinema, radio e mídia impressa com seu mais novo irmão – a mídia digital ou new media (PASSARELLI, 2015).”

Neste contexto, Luciano Floridi - Professor de Filosofia e Ética da

Informação, UNESCO, e Diretor de Pesquisa do Oxford Internet Institute –

Understanding Life Online – prega que estamos na quarta revolução. A primeira

deslocou a Terra do centro do universo (Nicolaus Copernicus, 1473-1543). A

segunda tirou o homem do seu pedestal provando sua descendência de um

mesmo ancestral comum a todos os seres vivos (Charles Darwin, 1809 - 1882).

A terceira mostrou que o homem não é só razão, desvendando o papel do

inconsciente (Sigmund Freud, 1856-1939). Na quarta revolução estamos a nos

perceber como seres informacionais conectados, mudando a forma como nós,

seres humanos, nos entendemos no mundo (talvez Alan Touring, 1912-1954,

considerado por muitos como o pai da computação moderna, seja um digno

genitor desta revolução). Mais importante, os novos alunos já cresceram neste

mundo e se percebem nesta nova realidade, donde é preciso ensinar/aprender

dentro dela, da nova realidade.

Por meio do conceito de “onlife” Floridi ressignifica nossa atividade diária:

como compramos, trabalhamos, aprendemos, cuidamos da saúde, nos

divertimos, conduzimos nossos relacionamentos, interagimos com as leis do

direito, finanças e política; inclusive a forma como nos relacionamos com a

guerra. Assim, em todos os aspectos da vida humana as tecnologias digitais

tornaram-se forças ambientais que estão criando e transformando nossas

realidades.

No decorrer de 2012, relata Pasarelli, os pesquisadores trabalharam num

projeto intitulado A Iniciativa Onlife: reengenharia conceitual para repensar

protocolos da sociedade na transição digital. No decorrer das investigações e

dos debates eles decidiram que seria importante divulgar os resultados iniciais

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num documento que ficou conhecido como The Onlife Manifesto – que culminou

com a publicação de um livro em 2013 para trazer as ideias a debate público.

O conteúdo do livro discute os principais aspectos da condição humana

no contemporâneo hiperconectado como:

• Nosso conceito sobre nós mesmos (quem somos agora);

• Nossas interações (como nós nos relacionamos com os outros);

• Nossa concepção de realidade (metafísica);

• Nossas interações com a realidade.

Os pesquisadores acreditam que os impactos da hiperconectividade

espraiam-se para além dos domínios da ética, do direito e da política levando a

quatro transformações macro:

• A não diferenciação de realidade online/off-line;

• A não diferenciação entre humanos, máquinas e natureza;

• A abundância de informação em lugar da escassez de informação

anterior;

• A transição de artefatos estanques, propriedade e relações binárias

para a primazia de interações, processos e redes.

Na esteira das considerações anteriores Passarelli sugere-se que a

educação total do século XXI seja uma nova educação ou TransEducação –

baseada nas novas lógicas e semânticas do cotidiano hiperconectado,

misturando metodologias da educação tradicional com a educação mediada e

midiatizada (que combina educação a distância com a presencial gerando o que

se conhece como blended learning ou educação flexível).

Assim a hiperconectividade da sociedade contemporânea reconfigura a

realidade humana em todas as dimensões conhecidas, da educação à ética.

Uma das bandeiras da TransEducação deve ser a de formar seus cidadãos para

o futuro deles e não para o passado das metodologias educacionais tradicionais.

Não mais se pode ensinar com o olhar fixo apenas no retrovisor. Tanto assim

que a comissão europeia em parceria com a UNESCO e a sociedade civil

mobilizam-se para a introdução de disciplinas que contemplem o que eles

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denominam media and information literacy – MIL - nas escolas de ensino

fundamental, sendo que uma das disciplinas propostas é a de linguagem de

programação.

Segundo Passarelli, representante brasileira e pesquisadora da USP com

trabalhos publicados sobre o tema desde 2007, suas impressões indicam que os

pesquisadores presentes e as instituições organizadoras reconhecem que as

Media and Information Literacy (MIL) são centrais para o desenvolvimento e

possuem profundo imbricamento com áreas como pesquisa, avaliação e

educação. Os ambientes online móveis e a mídia online móveis são essenciais

na educação contemporânea. Praticamente todo aluno possui um celular

conectado à Internet e com isto ele se percebe como um ser informacional

conectado. Ou seja, ele não precisa estar em casa ou no laboratório em frente

ao computador para aprender ICC, basta usar o seu celular.

Além disso, ICC precisa trabalhar o lado belo e lúdico da computação por

meio de conceitos importantes que envolvem abstração, reconhecimento de

padrões e redução de complexidades. Mostrar como usar a computação para

aumentar o seu poder cognitivo, de forma que ele aplique o que aprendeu em

ICC na sua vida profissional. Segundo Jeanette Wing, Pensamento

Computacional é uma habilidade fundamental para todos, não somente para

cientistas de computação. Pensamento Computacional é o processo de pensar

envolvido na formulação do problema e expresso numa solução que um

computador (ser humano ou hardware) possa executar. É o que vem antes da

tecnologia de computação – pensado por um humano que conhece todo o

potencial do poder da automação.

Muitas universidades americanas já modificaram seus cursos

introdutórios de computação para os cursos de graduação que não são da área

de computação, oferecendo a disciplina Introdução à Ciência da Computação

(ICC), baseado no Pensamento Computacional. São elas: Carnegie Mellon

University (CMU), Brown, Bryn Mawr, Colorado State University, Columbia,

Eastern Michigan University, Georgetown, Georgia Tech, Harvard, Haverford,

Harvey Mudd, Kent State, MIT, Northwestern, Princeton, Rochester Institute of

Technology, St Joseph’s University, University of Alabama-Birmingham,

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University of Florida, UNC-Charlotte, University of Puerto Rico, University of

Texas-Arlington, University of Waterloo, University of Wisconsin-La Crosse,

Vanderbilt, Villanova, William & Mary, etc. Neste sentido, comprovado por meio

de buscas sistemáticas pelo Google Scholar, verifica-se que no Brasil existem

algumas iniciativas esparsas de ensinar o Pensamento Computacional apenas

no ensino básico. No entanto, agregar o conteúdo de Pensamento

Computacional para alunos de graduação em uma disciplina introdutória de

Algoritmos e Programação é uma iniciativa inédita da UnB, e necessária

enquanto este conteúdo não for obrigatório nas nossas escolas.

Felizmente, no Brasil, a Sociedade Brasileira de Computação (SBC),

conseguiu após esforço concentrado, colocar na Base Nacional Comum

Curricular (BNCC), conteúdos de computação na Educação Básica, seja no

Ensino Fundamental ou Ensino Médio (abril/2016). No entanto, estamos

atrasados em relação ao mundo, isso se a BNCC for aprovada e implementada.

Infelizmente, os alunos que a universidade atualmente recebe do ensino

básico, em geral, não possuem as noções básicas de letramento digital e, até

que a BNCC seja adotada e implantada, a disciplina ICC terá que cobrir as

necessidades de letramento digital dos futuros profissionais que irá colocar no

mercado.

Neste contexto, para a formulação da disciplina ICC, entende-se que:

• É preciso ensinar e educar as pessoas a usar a informação, pois ela é

a principal arma contra o analfabetismo e a pobreza em geral;

• Literacia ou letramento não é mais definido como o processo de

alfabetização e sim como novas competências adquiridas por

diferentes tipos de pessoas em diversos contextos;

• O segredo não é ensinar as pessoas o que pensar, e sim como pensar;

• Pensar usando o pensamento computacional;

• Pensando computacionalmente o aluno irá gerar algoritmos para a sua

solução;

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• Paralelamente, o aluno irá aprender uma linguagem de programação

de grande usabilidade, com muitas bibliotecas fáceis de usar, para

implementar o seu algoritmo.

Esta é a proposta deste projeto de ensino para a disciplina ICC.

Até o segundo semestre de 2015, ICC era ministrada no formato

semipresencial utilizando a linguagem C. Dois tempos de aula por semana eram

ministrados à distância, fazendo uso da técnica de sala de aula invertida, onde

o aluno estudava o conteúdo e levantava dúvidas. Os dois tempos seguintes

eram realizados no laboratório, onde o aluno realizava um simulado com questão

semelhante à prova e tinha a oportunidade de tiras as dúvidas com os tutores e

monitores da disciplina. Na semana seguinte utilizava os dois tempos de aula

para estudar à distância e realizava a prova, que era um programa de

computador corrigido de forma automática, mas offline. Assim, iniciando na

primeira semana com uma ambientação das ferramentas usadas na disciplina

ICC seguidos por 7 simulados e 7 provas realizados pelos alunos, totaliza-se 15

semanas de aulas.

De uma maneira geral, os coordenadores dos cursos de graduação não

estavam satisfeitos com a formação oferecida aos alunos de ICC no formato

semipresencial. Basicamente eles afirmavam que os alunos não sabiam o

suficiente de algoritmos e programação para dar prosseguimento ao restante do

curso de graduação.

Para tentar reverter esta situação, o Departamento de Ciência de

Computação criou uma Comissão de ICC para reformular a disciplina em novas

bases levando em conta evidências científicas levantadas na literatura da área

de Educação em Computação. Esta comissão apresentou um plano de

reformulação da disciplina ICC que foi aprovado no colegiado do Departamento.

Fruto deste plano, a disciplina ICC continuou semipresencial no primeiro

semestre de 2016, no mesmo formato usado nos semestres anteriores, mas já

utilizando a linguagem de programação Python. No segundo semestre de 2016

ICC passou a ser disciplina presencial, com duas aulas teóricas por semana e

duas aulas práticas em laboratório. As aulas práticas continuaram a utilizar o

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formato existentes, e nas aulas teóricas foi ministrado o conteúdo de algoritmos,

programação em Python e pensamento computacional. No entanto, percebeu-

se que o formato de avaliação utilizado nas aulas práticas, simulados e provas

parecidas com o do simulado de forma alternada por 14 semanas seguidas

continuavam gerando alunos com as mesmas deficiências percebidas pelos

coordenadores dos cursos, ou seja, alunos com deficiência em algoritmos e

programação. Não bastava acrescentar aulas práticas, era preciso aperfeiçoar o

método de avaliação.

Atualmente o aluno de ICC é avaliado por meio de duas provas práticas

corrigidas por um corretor online, uma prova teórica e pela realização de 08 (oito)

listas de exercícios, também corrigidos pelo corretor online. As aulas se dividem

em duas horas/aula em sala de aula e duas horas/aula em laboratório. Ainda é

cedo para avaliar o desempenho destas novas turmas de ICC, mas fruto de uma

avaliação que cobra uma maior capacidade de resolução de problemas de forma

algorítmica utilizando a linguagem Python, espera-se que os alunos aprovados

em ICC tenham melhores condições de prosseguirem nos seus cursos de

graduação. Com o aumento da exigência do curso, um possível óbice é o

aumento na taxa de reprovação em ICC, mas espera-se que fique abaixo da

média mundial e nacional que é em torno de 50%. Neste ponto é pertinente

comparar a disciplina (113913) Introdução à Ciência da Computação (ICC) com

a disciplina (113476) Algoritmos e Programação de Computadores (APC). APC

é ministrado para os cursos em que a Computação tem um papel preponderante

na formação do egresso, como o Bacharelado em Ciência da Computação,

Engenharia de Computação, Licenciatura em Computação, Engenharia

Mecatrônica e todas as Engenharias da FGA. No entanto, ICC é uma disciplina

de apenas 4 créditos enquanto APC é de 6 créditos, mas o conteúdo é

praticamente o mesmo e muitos cursos esperam que os egressos de ICC tenham

as mesmas capacidades e competências de APC.

Não creio que a alternativa para ICC seja passar de 4 para seis créditos,

pelo contrário, a carga horária dos cursos presenciais no Brasil é muito alta.

Alunos de Graduação que retornaram do Programa Ciência sem Fronteiras

relatam que nos países desenvolvidos a carga horária em sala de aula com aulas

teóricas é pequena, o maior esforço é do aluno em aprender. Ele tem que

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resolver toda a lista de exercícios do livro texto, entregar vários trabalhos e, para

isto, estudar muito.

Para melhorar a qualidade do apoio às aulas práticas e atividades

extraclasse de ICC, duas iniciativas precisam ser implementadas. A primeira é a

confecção de conteúdo e atividades online customizadas para o curso de ICC da

UnB. A segunda é a criação de um programa de capacitação à distância de

estagiários de docência, tutores e monitores de ICC. O presente projeto foca na

primeira iniciativa.

2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo geral

Implementar um tutorial multimídia online de ICC que conjugue

algoritmos, pensamento computacional e linguagem de programação Python.

2.2. Objetivos específicos

• Complementar a parte textual com vídeos curtos explanando as partes

mais importantes do texto;

• Criar exercícios variados e com apelo para reforçar a aprendizagem

do conteúdo; e

• Utilizar um framework CMS (Content Management System) que

permita a exibição do conteúdo customizado também em plataformas

móveis, de forma que motive os alunos a interagirem com as

atividades propostas de forma mais ubíqua.

3. DESCRIÇÃO DO PROJETO

O projeto se divide em três partes:

• A primeira é a elaboração de um material hypermidia que conjugue o

pensamento computacional junto com o aprendizado de algoritmos e

da linguagem de programação Python. Para isto o texto da matéria

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será explicado por meio de vários vídeos curtos (videoclips), texto,

imagens e áudio;

• A segunda é a criação de atividades/exercícios que permitam o aluno

colocar em prática o que aprendeu com o material hypermídia e em

sala de aula;

• A terceira é a customização de um framework CMS para gerenciar o

conteúdo da disciplina ICC e disponibilizá-lo de forma customizada

tanto para dispositivos móveis como desktops;

• Além disso, existem interpretadores Python para celulares e para

diversos sistemas operacionais móveis e suas versões, bem como

interpretadores Python em Javascript, que serão utilizados nas

atividades de programação pelos alunos.

4. METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

Este trabalho seguirá a metodologia de pesquisa conhecida como Design

Science Research (DSR) que é bastante rigorosa, o que permite a garantia de

resultados confiáveis, verdadeiros e úteis. A DSR é muito utilizada nas áreas de

Engenharia, Sistemas de Informação, Gestão, Educação, Ciências Sociais e

Arquitetura. No caso deste projeto faz-se uma pesquisa de aplicação de um

tutorial multimídia online com interface para dispositivos móveis que será

avaliada por meio de estudo de campo, verificando a utilidade do artefato no

aprendizado de ICC, em profundidade e em um ambiente real com

aproximadamente 350 alunos por semestre. As 12 etapas da metodologia são:

1) Identificação do problema – dificuldade de grande parte dos alunos,

em média 50% da turma, aprender o necessário de algoritmos e

programação para resolver problemas de forma algorítmica e

implementar uma solução usando uma linguagem de programação, de

forma que as capacidades adquiridas na disciplina ICC sejam

suficientes para atender às necessidades das demais disciplinas do

seu fluxo curricular e de sua futura vida profissional;

2) Conscientização do problema – A disciplina ICC é uma disciplina inicial

de Algoritmos e Programação em que, em média, 50% da turma tem

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dificuldade em aprender, lida com informações complexas e o

aprendizado de programação de computadores envolve um processo

abstrato múltiplo, além deste conhecimento ser fundamental para o

profissional do 3o Milênio que necessita aumentar as suas

capacidades cognitivas por meio do uso de computadores em rede

pensando computacionalmente;

3) Revisão da literatura – será levantado o estado da arte para a

formalização dos requisitos da proposta de ensino/aprendizagem;

4) Identificação dos artefatos – será implementado um tutorial

hypermídia, com interface também dispositivos móveis e desktop

baseado em Web, com o conteúdo customizado de ICC para os alunos

da UnB, incluindo atividades que aumentem a capacidade de

apreensão do conhecimento;

5) Proposição de artefatos para resolver o problema específico – Será

formalizado a especificação do tutorial de ICC;

6) Projeto do artefato selecionado - será projetado a implementação

especificando técnicas e ferramentas para o desenvolvimento e

avaliação da influência do tutorial de ICC assim como o detalhamento

dos requisitos do tutorial;

7) Desenvolvimento do artefato – Serão verificadas as heurísticas de

construção do tutorial visando obter solução funcional, geração dos

videoclips e das demais mídias do tutorial;

8) Avaliação do artefato – Serão verificadas as heurísticas contingenciais

do tutorial comparando com outras soluções;

9) Explicitação das aprendizagens – Será formalizado o que foi aprendido

neste projeto;

10) Conclusões – Os resultados da pesquisa serão documentados,

incluindo as principais decisões tomadas e as limitações da pesquisa;

11) Generalização para uma classe de problemas – Será feita uma

generalizar das heurísticas de construção e contingenciais do tutorial

para uma classe de problemas, de forma que as experiências

apreendidas em ICC possam ser generalizadas para outras disciplinas

da UnB;

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12) Comunicação dos resultados – Os resultados deste projeto serão

submetidos para publicação em Journals, Revistas Setoriais,

Conferências, etc.

5. PRODUTOS A SEREM DESENVOLVDOS

Esta tabela deverá contemplar todos os produtos que serão desenvolvidos e ser preenchida de acordo com o tipo de material e descrição detalhada de cada um.

6. RESULTADOS ESPERADOS

• Melhora no aprendizado de ICC pelos alunos com maior dificuldade em

aprender a pensar computacionalmente, criar algoritmos para resolver

problemas e programar a solução em Python.

• Diminuição na taxa de reprovação e retenção na disciplina ICC.

• Disponibilização de um tutorial de ICC para todos os alunos da UnB.

• Generalização do que foi apreendido neste projeto para que possa ser

aplicado em outras disciplinas da UnB.