avaliação e evolução de um ambiente de suporte à
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1. da execu o sem ter que esperar e ver a execu o de todos os elementos Al m disso na simula o passo a passo acrescentou se a possibilidade de executar apenas partes do algoritmo definidas pelo utilizador atrav s da introdu o do conceito de breakpoints bem como a possibilidade de alterar os valores das vari veis durante a execu o a fim de possibilitar a realiza o de determinados testes Est tamb m actualmente em estudo a implementa o da possibilidade de apresentar o resultado das fun es chamadas sem as ter que executar passo a passo skip entre outras funcionalidades t picas de opera es de debug Uma outra funcionalidade importante a possibilidade de converter automaticamente uma resolu o expressa pelo fluxograma no c digo correspondente numa linguagem de programa o C ou JAVA Esta op o estava implementada mas n o completamente funcional no SICAS 1 0 Para al m de simplificar o trabalho dos alunos esta funcionalidade pode servir para real ar a ideia que a um n vel b sico a linguagem de programa o utilizada n o o mais importante pois VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 194 uma vez construido o algoritmo a sua transcri o para uma qualquer linguagem deste tipo um processo simples e mec nico Por outro lado esta funcionalidade pode servir como est mulo utiliza o do ambiente evitando que os alunos o vejam como uma perda de tempo quando o seu objectivo2. grupos eram geralmente heterog neos no que respeita experi ncia anterior de programa o A cada grupo foi proposto que realizasse uma actividade no SICAS Esta consistia na tradu o do algoritmo apresentado no quadro pelo professor sob a forma de pseudo c digo A ideia consistia em avaliar essencialmente a facilidade de navega o do SICAS Cada Docente acompanhou o mais poss vel os grupos de forma a registar as suas actividades reac es e dificuldades nomeadamente o tempo m dio de realiza o da actividade o n mero de vezes que o grupo se enganou no tipo de elemento que pretendia colocar na resolu o coisas que devia ter feito e n o fez porque se esqueceu ou porque n o sabia que era necess rio fazer o n mero e tipo de ajudas que foram pedidas o tipo de erros efectuados na introdu o de objectos entre outros Na aula seguinte a cada aluno individualmente foram apresentadas folhas com impress es dos ecr s de Edi o Resolu o de um problema e de Execu o Simula o de uma resolu o A ideia consistiu em apurar o que cada cone sugeria medindo a intuitividade da interface Embora a maioria dos alunos conseguisse identificar os principais cones referentes ao ambiente de resolu o do problema houve contudo alunos que n o conseguiram identificar qualquer s mbolo e houve tamb m uma grande variedade de associa es erradas No que respeita ao cen rio de VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educ
3. AVALIA O E EVOLU O DE UM AMBIENTE DE SUPORTE APRENDIZAGEM DA PROGRAMA O Gomes A J Mendes A J Marcelino M J 1 Instituto Superior de Engenharia de Coimbra Portugal anabela isec pt 2 Departamento de Engenharia Inform tica Universidade de Coimbra Portugal toze zemar dei uc pt Resumo O ensino da programa o atrav s dos m todos tradicionais onde a lecciona o de conceitos din micos realizada utilizando principalmente materiais de ndole est tica n o se tem revelado muito eficaz Neste documento apresentado um ambiente o SICAS que de forma din mica interactiva e apelativa permite a constru o e simula o de algoritmos De forma a medir a efic cia do ambiente desenvolvido e a procurar formas de o melhorar foram realizadas experi ncias As sugest es chegadas por avaliadores e a constata o por parte dos autores de certos aspectos menos bem conseguidos resultaram numa proposta de altera o cujo desenvolvimento est em curso 1 Introdu o O insucesso generalizado verificado na aprendizagem de programa o por parte de alunos de qualquer grau de ensino uma realidade constituindo este aspecto um problema mais grave quando os alunos frequentam um curso superior de inform tica cuja ess ncia reside na capacidade de programar Existem opini es variadas e por vezes divergentes no que respeita ao motivo para tal insucesso Muitos dos professores que leccionam este tipo de mat rias c
4. a VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 191 detec o de erros l gicos que s vezes a simula o normal deixa escapar As maiores discrep ncias de opini es residiram na interface gr fica apesar da maioria dos avaliadores a achar agrad vel e bastante intuitiva Nas experi ncias com alunos o principal objectivo consistiu numa primeira fase em medir a intuitividade da interface e facilidade de navega o A avalia o processou se de duas formas Uma consistiu na distribui o do SICAS a todos os alunos que frequentaram as disciplinas de Programa o e Algoritmos I e Algoritmos e Programa o I no DEI FCTUC e no DEIS ISEC respectivamente Assim foram apresentadas aos alunos as principais potencialidades do ambiente sendo o sistema disponibilizado num servidor acompanhado do manual de utiliza o que inclu a tamb m exemplos de constru o de algoritmos e das suas simula es A outra forma de avalia o foi realizada nas aulas pr ticas de Programa o e Algoritmos T Esta experi ncia utilizou a observa o directa a an lise de tarefas e a recolha de coment rios e opini es e processou se da forma a seguir descrita Nas turmas da disciplina cada Docente apresentou o SICAS em tra os gerais salientando as principais funcionalidades caracter sticas actividades que proporciona e significado dos v rios cones Posteriormente os alunos foram divididos em grupos de dois elementos cada Os
5. ados de entrada e resultados esperados permitir o aos alunos verificar o funcionamento das suas resolu es Para a constru o da resolu o do problema existe um ambiente ic nico Neste o utilizador pode construir a resolu o do seu problema de programa o sob a forma de fluxogramas recorrendo a cones ou a elementos de menus que representam as principais estruturas necess rias sua resolu o No SICAS foram consideradas as seguintes estruturas para a constru o de fluxogramas Atribui o tem como finalidade atribuir o valor de uma determinada express o a uma vari vel Entrada Sa da possibilita ler Entrada valores para vari veis e escrever Sa da express es Repeti o permite realizar a execu o de uma ac o um determinado n mero de vezes e Selec o tem como prop sito escolher em alternativa o conjunto de ac es a ser executado A figura seguinte ilustra a constru o de uma resolu o VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 189 BASICAS CNSmas 3107 2000W sueplo emu Exomplol ses Cerndtor de C digo Aprin Doo E DEHD DD a sao escrever N mero de siynos eseremest Nota do aluno ep ET E BOB um Enunciado Sa da Exemplo do Sa da Realize um programa que calcule e Imprima a m dia de um conjunto conjunto de n alunos numa determinada cadeira 2 S z B z z P a gt 15 k S A forma de introdu o destes elemento
6. ativa 192 simula o os resultados foram na generalidade muito maus o que se atribui ao facto de este aspecto ter sido apenas apresentado e n o explorado na aula de demonstra o dando se particular destaque apenas ao ambiente de resolu o de problemas Posteriormente o SICAS passou a ser utilizado em contexto de sala de aula substituindo os tradicionais meios caneta e papel para a constru o de algoritmos Durante a primeira utiliza o os alunos recorriam essencialmente aos menus para selec o das opera es a realizar em detrimento dos cones n o os achando muito sugestivos Pensamos que isto se deveu ao facto de a grande maioria dos alunos terem pouca ou nenhuma experi ncia de utiliza o de fluxogramas desconhecendo em geral a simbologia utilizada na sua constru o Esta ideia acentuou se pois ap s um per odo de v rias aulas de utiliza o do SICAS os alunos deixaram de recorrer aos menus para utilizarem os cones A generalidade dos alunos achou que ap s compreens o do seu funcionamento o SICAS constitui uma mais valia ajudando os a entender muitos aspectos que s poderiam alcan ar atrav s da ajuda personalizada de um explicador 4 SICAS 2 0 Da an lise das reac es dos alunos na execu o das suas tarefas e de coment rios chegados por parte de uma miscel nea de avaliadores do SICAS os autores decidiram fazer uma nova vers o Nesta os melhoramentos foram considerados essencialmente a dois n vei
7. concep o e formaliza o de uma solu o para um determinado problema e n o na sua codifica o Gomes e Mendes 1999 fazem tamb m uma breve exposi o sobre eventuais alternativas e sistemas complementares aos m todos de ensino tradicionais que possam apoiar o aluno no seu processo de aprendizagem de programa o Apresentam uma resenha de v rias ferramentas computacionais concebidas para o efeito ao longo dos anos No entanto apesar de se encontrarem relatos da obten o de resultados positivos na sequ ncia da utiliza o de algumas ferramentas a verdade que nenhuma delas tem uma utiliza o generalizada Al m disso pelos estudos efectuados nenhuma das ferramentas dispon veis se adequava s exig ncias que a aprendizagem de programa o apresenta nomeadamente a possibilidade de criar e simular algoritmos Surgiu ent o a ideia de conceber um sistema educativo SICAS que fornece um ambiente que pode ajudar os alunos n o apenas a compreender o funcionamento de um algoritmo mas que sobretudo lhes permita realizar testar experimentar alterar e corrigir os seus pr prios algoritmos Pensamos tamb m que o sucesso de um ambiente de aprendizagem depende n o apenas das suas funcionalidades e potencialidades mas essencialmente da forma como interage e comunica com o utilizador Assim o SICAS apresenta n o uma abordagem expositiva dos assuntos a ensinar aprender em que o aluno recebe a informa o passivamente mas antes e
8. de uma forma construtiva e esclarecer as suas d vidas e modelos mentais poss vel a simula o das resolu es constru das de forma din mica e interactiva A primeira vers o do SICAS j foi objecto de avalia o por parte de um conjunto de professores com experi ncia no ensino da programa o bem como de alunos Em resultado da an lise das sugest es e cr ticas obtidas bem como das experi ncias de avalia o est em desenvolvimento uma nova vers o que ser alvo de testes mais alargados no in cio do pr ximo ano lectivo essencialmente no mbito de disciplinas de introdu o programa o VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 195 6 Refer ncias Bereiter C and Ng E 1991 Three Levels of Goal Orientation in Learning Journal of the Learning Sciences Vol 1 pp 243 271 Gomes Anabela 2000 Ambiente de Suporte Aprendizagem de conceitos b sicos de programa o Tese de Mestrado Universidade de Coimbra Portugal Gomes A e Mendes A J 1998 Ambiente de suporte aprendizagem de conceitos b sicos de programa o Actas do 3 Simp sio de Investiga o e Desenvolvimento de Software Educativo vora Portugal Gomes A e Mendes A J 1999 A anima o na aprendizagem de conceitos b sicos de programa o Revista de Enserianza y Tecnologia No 13 pp 22 32 Gomes A e Mendes A J 2000 Suporte aprendizagem da programa o com o ambiente SICAS Actas do V Congress
9. for a cria o de um programa Ainda prevista est a possibilidade de gerar relat rios sobre as actividades dos alunos Neles constaria informa o pertinente sobre o seu desempenho e evolu o para que o professor melhor pudesse orientar as actividades do aluno de forma pedagogicamente correcta Referente a este aspecto est ainda prevista a possibilidade do professor aceder remotamente e de forma centralizada s resolu es actividades de todos os alunos Por ltimo outra das altera es em implementa o a introdu o de suporte para utiliza o em v rias l nguas O SICAS 1 0 est implementado em Portugu s no entanto tem havido numerosos pedidos para experimentar o SICAS por parte de pessoas de variadas nacionalidades Assim entendeu se dotar o SICAS 2 0 com a capacidade de ser configurado para utiliza o com outras l nguas Espera se que no momento de apresenta o deste artigo se esteja a dar in cio realiza o de novas experi ncias com o SICAS 2 0 com todas as altera es mencionadas completamente funcionais 5 Conclus es O SICAS descrito nesta apresenta o um ambiente educativo que de uma forma apelativa din mica e atraente promete ajudar os alunos a aprender aspectos b sicos de programa o estruturada Esta aprendizagem centra se na constru o algor tmica sob a forma de fluxogramas de resolu es para problemas de programa o Para que os alunos possam edificar o seu conhecimento
10. junto de testes feito ao SICAS 1 0 tendo levado a algumas propostas de altera o a contemplar numa nova vers o o SICAS 2 0 Para um melhor enquadramento feito um resumo das principais caracter sticas do SICAS 1 0 O SICAS um ambiente que possibilita essencialmente dois tipos de cen rios edi o resolu o de problemas e execu o simula o de resolu es previamente constru das No primeiro cen rio o utilizador pode construir algoritmos atrav s de representa es visuais fluxogramas recorrendo a simbologia gr fica que representa as principais estruturas necess rias constru o de um algoritmo No segundo cen rio o utilizador pode simular a execu o das resolu es constru das analisando as com o detalhe e ritmo desejado O SICAS apresenta dois modos de funcionamento referentes aos dois principais tipos de utilizadores alunos e professores As possibilidades de ambos os modos s o semelhantes com a grande diferen a de apenas o professor poder definir problemas bem como fornecer dados de teste solu es para que os alunos possam testar as suas resolu es Um problema composto por um enunciado uma ou mais resolu es algoritmos que lhe ficam associadas e eventualmente uma solu o A solu o destina se indica o pelo professor de um conjunto de caracteres representativos da sa da esperada para a resolu o assumindo valores de entrada indicados tamb m pelo professor Estes pares d
11. nda ser utilizado numa perspectiva de avalia o na medida em que o professor pode indicar enunciados que pretende que os alunos resolvam e posteriormente consultar avaliar as resolu es dos seus alunos 3 Experi ncias O SICAS j foi submetido a alguns testes Foram realizadas avalia es informais que consistiram na distribui o da aplica o junto de professores que leccionam este tipo de disciplinas e avalia es com alunos Relativamente ao primeiro grupo de avaliadores as opini es gerais foram no sentido de que o SICAS muito interessante e que pode ser muito til para as cadeiras introdut rias de programa o A generalidade dos avaliadores foi da opini o que o SICAS constitu a n o apenas uma mais valia para a aprendizagem de programa o pelos alunos mas que seria muito til para utiliza o em ambiente de sala de aula como apoio s actividades do professor Em especial gostaram bastante de ver incorporado a chamada de fun es no fluxograma Grande parte dos avaliadores achou tamb m importante sensibilizar os alunos para os tipos essenciais de dados o que tamb m n o constitui uma pr tica muito abordada tradicionalmente no cap tulo de algoritmia e que consideram importante Acima de tudo os professores gostaram bastante da parte de simula o do algoritmo julgando ser o ponto mais forte do trabalho Tamb m apreciaram a possibilidade de valida o dos resultados esperados essencialmente por contribuir para
12. o Ibero Americano de Inform tica Educativa Vi a del Mar Chile Jenkins Tony 2001 The Motivation of Students of Programming MSc Thesis University of Kent Inglaterra Jenkins Tony 2002 On the Difficulty of Learning to Program Proceedings of 3 Annual LTSN ICS Conference pp 53 58 Loughborough University Inglaterra Jenkins Tony 2001 The Motivation of Students of Programming MSc Thesis University of Kent Inglaterra Kann C Lindeman R y Heller R 1997 Integrating Algorithm Animation into a Learning Environment Computers amp Education Vol 28 No 4 pp 223 228 Ramani K V y Rao T P 1994 A graphics based computer aided learning package for integer programming the branch and bound algorithm Computers amp Education No 23 pp 1 10 Shih Y y Alessi S 1994 Mental Models and transfer of learning in computer programming Journal of Research on Computing in Education No 26 pp 155 175 Stasko J Badre A y Lewis C 1993 Do algorithm animations assist learning An empirical study and analysis Proceedings of the INTERCHT 93 Conference on Human Factors in Computing Systems pp 61 66 Amsterdam Holanda VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 196
13. o associado a cada bloco sempre que o rato estiver sobre ele tooltips Houve tamb m altera es de certos nomes de componentes ou sec es tornando os mais sugestivos Foram ainda efectuadas algumas correc es refinamentos e optimiza es no que respeita a um conjunto de bugs e ou incoer ncias existentes em variadas situa es Do conjunto de altera es que o SICAS 2 0 contemplar a que se tornou mais pertinente sendo mencionada pela grande maioria dos avaliadores foi a possibilidade de reutilizar uma fun o criada durante a resolu o de um problema na resolu o de outros problemas de uma forma sugestiva e confort vel Para al m de ser permitida a coexist ncia de v rias resolu es para o mesmo problema o que j acontecia na vers o anterior tamb m poss vel na nova vers o aproveitar a resolu o de um determinado problema para outro No que respeita aos testes e simula es das resolu es constru das tamb m foram implementadas v rias sugest es Uma delas consistiu na exist ncia de m ltiplos conjuntos de teste fornecidos pelo professor para a mesma resolu o e n o apenas um No que se refere simula o propriamente dita foi reduzido o n mero de velocidades de execu o existentes de 3 passo a passo lento e r pido para 2 Pelas experi ncias realizadas constatou se que dois tipos de velocidade de execu o do algoritmo seriam suficientes o passo a passo e a apresenta o do resultado final
14. onsideram que os fracos resultados se devem falta de empenho e dedica o dos alunos No entanto muitos deles tamb m constatam que h alunos que batalham arduamente por aprender programa o mas que nunca conseguem atingir este objectivo Jenkins 2002 apresenta um conjunto de factores cognitivos apontados como causa A dificuldade em programar reside segundo Jenkins 2001 no facto de a programa o n o consistir numa habilidade nica nem apenas num conjunto de qualifica es mas antes numa hierarquia de aptid es Bereiter e Ng 1991 explicam estas hierarquias desde um n vel mais baixo at sua progress o no sentido de atingir o topo verdadeira capacidade de programa o Para al m disso os autores indicam que a programa o reside num conjunto de m ltiplos processos cujo mais dif cil consiste na tradu o da especifica o do problema para o algoritmo Referem ainda que a partir da concep o de um algoritmo correcto o processo de codifica o essencialmente mec nico Gomes e Mendes 1998 apresentam tamb m um conjunto de raz es que nas suas opini es constituem um entrave para que estes problemas n o tenham sido ultrapassados atrav s dos VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 187 m todos de ensino tradicionais Os autores salientam que o problema principal reside na incapacidade de os alunos resolverem problemas apresentarem solu es algoritmos ou seja a dificuldade reside na
15. s muito simples bastando para tal seleccionar o tipo de elemento a introduzir preencher num di logo que surje automaticamente os campos necess rios para a completa defini o de cada estrutura e seleccionar o ponto de inser o pretendido Tamb m as linhas que interligam os v rios componentes s o automaticamente geradas possuindo no seu centro pontos de inser o bem definidos a fim de evitar diagramas inconsistentes Relativamente aos tipos de dados o SICAS possibilita apenas a utiliza o de quatro tipos Num ricos Cadeia de Caracteres Tabela de num ricos ou Tabela de cadeia de caracteres A ideia a de sensibilizar os alunos para os tipos essenciais de dados pois pensamos que a diversidade de tipos de dados apesar de ser um aspecto importante das linguagens de programa o constitui muitas vezes numa fase inicial de aprendizagem da programa o um conjunto de dificuldades acrescidas desviando a concentra o dos alunos do importante a concep o do algoritmo O SICAS possibilita a defini o de fun es o que permite introduzir o conceito de modulariza o desde o in cio da aprendizagem de programa o A constru o de fun es realizada utilizando as estruturas de controlo anteriormente referidas A exist ncia de um conjunto de fun es pr definidas que podem ser utilizadas na constru o de express es outra possibilidade inclu da no sistema O SICAS permite tamb m a exec
16. s aperfei oamento da interface e inclus o de novas funcionalidades consideradas relevantes Relativamente ao primeiro grupo de altera es pode se destacar a reorganiza o dos cones na barra de tarefas bem como o redimensionamento e reposicionamento de alguns deles com o objectivo de maximizar a rea de resolu o simula o do problema Outras altera es consistiram na melhoria do sistema de ajuda ao utilizador e na reformula o da maioria das mensagens de erro tendo tamb m sido introduzidas novas mensagens de forma a melhorar a comunica o entre o SICAS e o utilizador Para minimizar os erros do aluno e orient lo na realiza o das suas actividades est a ser desenvolvido um Sistema de aconselhamento no mbito de um trabalho de mestrado No sentido de facilitar a navegabilidade e velocidade de interac o foram adicionadas teclas de atalho para algumas opera es comuns Tamb m a possibilidade de desfazer v rios n veis de opera es vulgo undo foi considerada pois pens mos que muitas vezes seria til para o utilizador poder voltar atr s nas suas ac es sem que para isso tivesse que despender muito VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 193 esfor o e tempo Dentro deste n vel de altera es incluiu se ainda a possibilidade de altera o de componentes atrav s do duplo toque no bot o do rato surgindo a janela de altera o adequada a cada caso bem como a exibi o do coment ri
17. u o de resolu es previamente constru das de modo a que se possa verificar de forma gr fica e animada a l gica do algoritmo os seus passos individuais e o VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 190 fluxo de execu o Em qualquer momento da simula o o utilizador poder par la pelo per odo de tempo que desejar a fim de melhor analisar o funcionamento do algoritmo O aluno pode tamb m verificar a correc o da resolu o constru da Pensamos que esta op o desej vel na medida em que possibilita ao aluno depois de estudar a mat ria utilizar o programa para liberto das preocupa es classificativas auto avaliar a sua aprendizagem antes de se submeter a testes formais As funcionalidades apresentadas s o descritas com um grau de detalhe mais aprofundado em Gomes e Mendes 2000 De real ar no entanto que as possibilidades referidas s o n o apenas extremamente importantes para os alunos mas poder o constituir uma mais valia para apoio das actividades lectivas do professor num contexto de sala de aula auxiliando o nas suas tarefas de explica o e exposi o da mat ria Neste contexto permite uma variedade de actividades de que se destacam a possibilidade de fornecer exerc cios para os alunos completarem alterarem corrigirem ou conceberem de raiz mostrar diversas vers es de determinado problema de forma r pida ou modificar programas por forma a responder a d vidas dos alunos O SICAS pode ai
18. xibe um ambiente que permite que os alunos desenvolvam os seus algoritmos com base na experimenta o e na pr tica Esse ambiente permite ao aluno a constru o observa o an lise e simula o visual da forma como um dado algoritmo funciona ou se comporta mediante certas circunst ncias possibilitando lhe detectar eventuais erros corrigi los e atrav s disso aprender ao seu pr prio ritmo Ao longo dos anos t m sido efectuados diversos estudos com o intuito de verificar a efic cia da utiliza o de anima es na compreens o e resolu o de problemas computacionais A maioria deles constatou a valiosa contribui o do apelo visual din mico para a forma o de conceitos em detrimento da apresenta o de imagens est ticas e uma vantagem significativa da anima o com elevados n veis de interactividade Tamb m pensamos que a mais valia do SICAS reside na possibilidade de simular de forma animada e interactiva as resolu es algor tmicas constru das Em Stasko et al 1993 Ramani y Rao 1994 Hih y Alessi 1994 e Kann y al 1997 s o VII Congresso Iberoamericano de Inform tica Educativa 188 apontados alguns estudos que indicam que as anima es para serem eficazes t m de permitir interac o e v rios n veis de controlo pelo aluno salientando que para o tipo de mat rias referidas vantajoso utilizar meios animados em detrimento de materiais n o animados 2 SICAS 1 0 O presente artigo apresenta um con
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