Words Game in an Educational Context

Augmented Reality Aplication

Jogo de Palavras no Contexto Educacional

Aplicação da Realidade Aumentada

Vânia Cordeiro da Silva; Elinaldo Santos de Goes Junior; Matheus da Hora França; Paulo Eduardo AmbrósioDepartamento de Ciências Exatas e Tecnológicas

Universidade Estadual de Santa Cruz, UESCIlhéus, BA, Brasil

vaniacordeirodasilva@gmail.com

Abstract— This paper presents the development of a play on words using concepts of augmented reality, embedded in a web environment, whose goal is to assist the classroom teacher in the literacy process of children. Offering tools to make lessons more interesting and dynamic, with the goal of teaching by exploring the playful character of the educational process.

Key-words – Augmented Reality; computer games of education; educational informatics.

Resumo— Este artigo apresenta o desenvolvimento de um jogo de palavras utilizando conceitos de Realidade Aumentada, inserido em um ambiente web, cujo objetivo é auxiliar o professor em sala de aula no processo de alfabetização de crianças. Oferecendo ferramentas capazes de tornar as aulas mais dinâmicas e interessantes, com o objetivo de ensinar explorando o caráter lúdico do processo educativo.

Palavras-chave – Realidade Aumentada; jogos computacionais educativos; informática educativa.

I. INTRODUÇÃO

Hoje em dia é cada vez maior a utilização de novas tecnologias capazes de auxiliar no processo de educação em sala de aula. Graças a esses recursos foi possível tornar o ambiente de estudo mais agradável e estimulante para os alunos, oferecendo a estes a possibilidade de assimilar os conteúdos necessários de forma mais contemporânea e contextualizada com sua cultura.

Muitos recursos como vídeo games, vídeo conferencia e internet são utilizados em sala de aula no intuito de chamar a atenção dos alunos para o conteúdo estudado. Porém, apesar dos pontos positivos que esses recursos oferecem, existe certa dificuldade na interação de crianças com as interfaces oferecidas, pois são necessários a utilização de equipamentos com certo gral de complexidade para elas, como teclado, mouse e joystick.

Com o surgimento da Realidade Aumentada (RA) foi possível o desenvolvimento de aplicações que permitem um maior nível de interação entre as crianças e o computador, fazendo uso de um ambiente misturado e dinâmico, que pode ser explorado pelas mais diversas áreas. Quando aplicada a educação essa tecnologia oferece recursos ainda mais poderosos do que outras interfaces. Graças a facilidade de interação e a possibilidade de manipular objetos virtuais de estudo diretamente, essa ferramenta tem se mostrado de grande valia no que diz respeito a educação, pois dispensa o uso de equipamentos sofisticados facilitando o contato de alunos com pouca idade, e diminuindo custos também.

Na Figura 1 pode ser observado um exemplo de aplicação de RA.

Figure 1. Exemplo de aplicação de Realidade Aumentada

2011 XIII Symposium on Virtual Reality

978-0-7695-4445-8/11 $26.00 © 2011 IEEE

DOI 10.1109/SVR.2011.38

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2011 XIII Symposium on Virtual Reality

978-0-7695-4445-8/11 $26.00 © 2011 IEEE

DOI 10.1109/SVR.2011.38

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A continuidade do texto está organizada da seguinte forma: na seção II é apresentada a motivação para o desenvolvimento da pesquisa, em termos da possível melhoria no processo ensino-aprendizagem proporcionado por este desenvolvimento; na seção III é realizada uma breve explanação teórica dos principais conceitos envolvidos, sendo eles a Realidade Virtual e Aumentada, as ferramentas tecnológicas utilizadas, e a Inteligência Artificial; a seção IV é dedicada à apresentação e descrição da aplicação desenvolvida, ou seja, o Jogo de Palavras; e as conclusões alcançadas são por fim apresentadas na seção V.

II. MOTIVAÇÃO

Na sociedade em que vivemos, ser um educador tem se tornado uma tarefa cada vez mais difícil, graças a necessidade de planejar aulas dinâmicas e motivadoras para conseguir atingir seus principais objetivos, que são expor os conteúdos de forma que os alunos se interessem e então possam assimilá-los de maneira mais eficaz.

Desta forma, os métodos e processos educacionais aos quais os alunos são submetidos hoje em dia, não condizem com a realidade e com a cultura tecnológica em que estão inseridos. Assim, na maioria das vezes, o educador se encontra em dificuldades ao tentar transmitir os conteúdos prográticos de uma forma contemporânea para sua classe. O resultado disso são alunos quase sempre desmotivados e com baixa produtividade [1]. E isto pode refletir em toda sua vida escolar.

O educador necessita compreender a língua e a cultura de sua classe e se comunicar nela, tornando as aulas mais divertidas, interativas e desafiadoras. Assim, quando o professor utiliza jogos como recurso didático está se adequando a realidade dos interlocutores, e ao mesmo tempo “fugindo” da metodologia tradicional, que muitas vezes pode tornar a aula pouco motivadora.

Os jogos computacionais, no contexto educacional, auxiliam o desenvolvimento da criança, pois possuem componentes do cotidiano que despertam o interesse no aprendizado.

Os objetivos pedagógicos dos jogos são anular as barreiras que impedem o crescimento moral e intelectual das crianças. Essas barreiras são a ansiedade, os limites, a auto-capacidade de realização, o desenvolvimento de autonomia, a coordenação motora, a organização espacial, o controle segmentar, a atenção, a concentração, a antecipação, a estratégia, a discriminação auditiva, o raciocínio lógico, a criatividade e a figura [2].

Papert [3] enfatiza que, em programas de computador, os alunos envolvem-se e dedicam-se mais em resolver situações-problema, em querer descobrir como fazê-lo. Assim, perguntam ao professor a aos colegas, procuram em livros, criam estratégias, estabelecem analogias com outras situações já vivenciadas e recorrem à tentativa e erro. Dessa maneira, o “aprender-em-uso” faz com que os estudantes aprendam de forma pessoal, liberando o professor para oferecer algo mais gratificante a todos.

A utilização de RA na implementação de um aplicativo com fins educacionais se mostra uma solução viável para o problema da motivação de alunos em sala de aula já que nos últimos anos a tecnologia tem mostrado um grande potencial

no que diz respeito ao desenvolvimento humano e na capacidade de despertar o interesse das pessoas.

De forma que pudesse minimizar a necessidade do usuário ter experiência com download de arquivos executáveis, e popularizar a utilização da RA voltada para educação, optamos por também disponibilizar o jogo em ambiente web, pronto para utilização, sem a necessidade de baixar arquivos ou instalar programas.

III. REVISÃO BIBLIOGRAFICA

A. Realidade Aumentada

Realidade Aumentada é entendida como uma tecnologia relativamente nova, que surgiu a partir de avanços no estudo da realidade virtual e do surgimento de novos conceitos de interface. Sua concepção foi possível graças à evolução das multimídias, hipermídias e dos hardwares, que permitiram a criação de vídeos e ambientes virtuais interativos, adicionando informações geradas por computador às percepções sensoriais do usuário [4].

Sua definição mais difundida é a de tecnologia capaz de adicionar objetos tridimensionais virtuais, gerados por computador, em um ambiente real, que devem ser apresentados simultaneamente através de algum dispositivo tecnológico e que permita ao utilizador interagir em tempo real. O conceito da tecnologia pode ainda se aplicar a todos os sentidos, incluindo além da visão, audição, olfato e tato.

Figure 2. Exemplo do uso dos marcadores

A RA possibilita uma interação sem necessidade de treinamento, pois o usuário pode manipular no ambiente real, através de marcadores (que podem ser impressos diretamente do jogo), os objetos virtuais que incrementam e aumentam a visão do mundo real. Os marcadores são cartões com formato retangular com um desenho interno de alto contraste que facilitam seu reconhecimento, e são utilizados como base de posicionamento para os objetos virtuais ou associados a uma funcionalidade específica na aplicação.

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Para tanto, só é necessário uma webcam para a captura dos vídeos transmitidos ao vivo, que dependendo do modo de execução do jogo escolhido pela própria criança, podem ser digitalmente modificados pela inserção dos objetos virtuais gerados pelo computador associados aos marcadores dispostos no ambiente real (Figura 2), localizado logo acima da palavra formada, e ao movimentar esta combinação o objeto virtual também será movimentado, dando total liberdade ao usuário.

B. Ferramentas Utilizadas

Para o desenvolvimento de aplicações de RA existem várias ferramentas que dão suporte e oferecem recursos para a utilização da tecnologia, dentre as mais conhecidas está a ARToolKit, biblioteca desenvolvida em C que deu origem várias outras bibliotecas para Realidade Aumentada [5].

Uma das bibliotecas mais famosas para o desenvolvimento de aplicações de Realidade Aumentada para web é a FLARtoolKit, desenvolvida em ActionScript 3, permitindo interação com a biblioteca Papervision 3D, que dá suporte inclusive a utilização de objetos tridimensionais do tipo COLLADA.

Para o desenvolvimento do jogo de palavras, adotou-se a metodologia de desenvolvimento ágil Scrum, que consiste em dividir o projeto em iterações cíclicas possibilitando o acompanhamento constante do projeto.

Para o desenvolvimento da interface gráfica do site foram utilizadas as linguagens HTML e CSS, possibilitando a disponibilização de uma página leve, acessível e de rápido carregamento das aplicações.

As imagens utilizadas na interface da página foram criadas utilizando a suíte gráfica de desenvolvimento de código fonte aberto GIMP.

C. Inteligência Artificial

Atualmente é grande a tendência de incorporação de estratégias cognitivas no desenvolvimento de aplicações para a área educacional.

Técnicas de Inteligência Artificial têm sido empregadas como forma de proporcionar que essas aplicações tenham caráter individualizado, ou seja, que sua utilização se dê respeitando o ritmo de aprendizagem de cada criança, sem importar suas diferenças pessoais ou outras situações cognitivas [6].

A utilização da Inteligência Artificial possibilita o desenvolvimento de aplicações que não apenas armazenam ou manipulam dados, mas também sejam dotados de certa capacidade de dedução e inferência, por meio da representação do conhecimento, resolvendo problemas complexos ou sugerindo alternativas para ações que serão realizadas.

Um interessante uso de técnicas de Inteligência Artificial é a interpretação automatizada de partes ausentes em uma figura. Quando o usuário apresenta um objeto para a câmera do computador, a captura da imagem pode ser prejudicada por interferências diversas, tais como outro objeto ou a própria mão do usuário bloqueando parte da imagem, iluminação não adequada, entre outras.

IV. O JOGO

O desenvolvimento do jogo foi feito levando-se em consideração o conteúdo a ser ensinado, a faixa etária das crianças que utilizariam o jogo e como ocorreria o processo de ensino de fato. O conteúdo educacional escolhido foi o ensino das vogais e consoantes e a formação de pequenas palavras a partir da junção de sílabas. A faixa etária escolhida foi a de crianças com idade entre quatro e seis anos de idade, compreendendo o chamado Grupo 5 e primeira série do fundamental I de 9 anos. Levando em consideração o conteúdo e o público alvo foi definido que o método de ensino utilizado contaria com uma interface acessível e interativa.

Figure 3. Home page do site do jogo de palavras

O Jogo de Palavras é um ambiente interativo destinado a apoiar o processo inicial da alfabetização através de uma interface simples e que possibilite o contato lúdico a medida que se estuda. Tem como objetivo principal auxiliar na abordagem atual de ensino, permitindo interatividade com o usuário, através da visualização e da manipulação direta dos objetos virtuais. O ambiente utiliza recursos visuais e auditivos para enriquecer a comunicação com os alunos.

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Figure 4. Tela do Jogo 2 (Aprendendo as Consoantes)

A página inicial do site, que pode ser observada na Figura 3, é composta pelo banner contendo o logotipo do jogo e por três botões de acesso as aplicações. O primeiro botão da acesso a aplicação de estudo das vogais, o segundo botão da acesso a aplicação de estudo das consoantes e o terceiro botão da acesso a aplicação de formação de palavras, todas acessíveis atualmente.

Na página dos jogos sempre existe um botão de “voltar”, caso o usuário deseje retornar a página principal do site. Possui um link em forma de impressora que dá acesso aos marcadores, utilizados para a interação com as aplicações. Na parte central da página se encontra a aplicação de RA que solicita acesso ao dispositivo de captura de vídeo, e logo abaixo está disponível um painel ilustrativo que indica as ações que o usuário deverá executar. A página pode ser observada da Figura 4.

A primeira modalidade do jogo é focada na aprendizagem das vogais. Nela as crianças têm vários marcadores representando vogais à sua disposição. À medida que a criança aponta os marcadores contendo as vogais para a câmera, a aplicação reage mostrando um objeto virtual começado com a vogal indicada (Figura 5). Caso o marcador não seja uma vogal, a aplicação continua sem exibir nenhum objeto virtual.

Figure 5. (a) marcador/vogal exposta parcialmente; (b) aparição do objeto virtual

Para melhorar a experiência do usuário, enquanto o marcador correto é exibido, a criança pode ouvir o som da vogal e, logo em seguida, a palavra correspondente ao objeto apresentado, facilitando sua assimilação entre os conteúdos, ao mesmo tempo em que interage em um ambiente atrativo e curioso.

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Figure 6. (a) apresentação do marcador/consoante; (b) renderização do objeto

Semelhante ao jogo 1, o jogo 2 (aprendendo as consoantes) oferece a criança a possibilidade de exibição de todos os marcadores. Porém, os objetos virtuais aparecerão apenas quando um marcador contendo uma consoante for apresentado diante da câmera. Essa modalidade do jogo, assim como a primeira, também tem a ativação do áudio quando o marcador esperado é exibido para o dispositivo de captura de vídeo. Na Figura 6 pode ser observado o jogo 2 em execução.

O jogo 3 (formando as palavras) se apresentou como uma modalidade mais complexa da aplicação, pois as crianças precisam montar palavras com os marcadores, agrupando-os de forma correta. Ao reconhecer uma palavra pré-cadastrada o objeto virtual referente é exibido na tela, acima dos

marcadores que forma a palavra, conforme observado na Figura 2.

Figure 7. Tela principal do Gerenciador de Palavras

Na versão Desktop foi implementado um Gerenciador de Palavras ainda não disponível na versão Web. Além de poder adicionar, excluir e editar, no gerenciador de palavras do jogo, mostrado na Figura 7, é possível selecionar a quantidade e categoria das palavras. Para facilitar a adição das palavras foi implementado um gravador de som que pode ser acessado diretamente da interface de adição de palavras do gerenciador, como pode ser visto na Figura 8.

Nesse jogo de formação de palavras, quando uma palavra formada não é encontrada entre as pré-cadastradas, seja pela grafia errada ou incompleta, a aplicação pode sugerir palavras semelhantes, auxiliando assim na aprendizagem ou aprimoramento do vocabulário da criança.

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Figure 8. Tela de Adicionar Palavra

V. CONCLUSÕES

Este trabalho de pesquisa consiste na produção de uma página web estática, e sua versão desktop, contendo três jogos educativos para crianças, desenvolvidos em AS3, através da biblioteca FLARToolKit, para Windows XP ou superiores, e Linux, que utilizam os conceitos de Realidade Aumentada, e em um tutorial de instalação e configuração da biblioteca ARToolKit 2.65 para Windows.

Os jogos construídos têm o objetivo de exercer duas funções principais: uma função lúdica, proporcionando diversão, prazer e interação, e uma função educativa, auxiliando no aprendizado de vogais e consoantes e na formação de pequenas palavras.

As aplicações obtidas ao final do projeto podem servir como incentivo para utilização da RA aplicada à educação em escolas da região, não só com a temática abordada nesse trabalho, mas também em outros conteúdos educacionais. A disponibilização dos jogos desse projeto através da internet viabiliza o seu uso por professores de crianças em fase de alfabetização, para testar a eficiência da sua aplicação prática em sala de aula.

Trabalhos futuros visam o desenvolvimento de novos jogos, para que sejam inseridos na página do projeto, como o módulo para aprendizado de palavras em outros idiomas. As interfaces estão sendo melhoradas.

VI. REFERÊNCIAS

[1] R. Tori, Educação sem Distância, São Paulo: Editora SENAC e Escola do Futuro, 2010.

[2] E. Acrani; M. Ribeiro Junior, Utilização de jogos computacionais como ferramenta educacional: implementação computacional do jogo Contig60, Monografia de Graduação, Ribeirão Preto, Centro Universitário Barão de Mauá, 2003.

[3] S. Papert, A Máquina das Crianças: Repensando a Escola na Era da Informática, Porto Alegre: Artmed, 2007.

[4] C. Kirner, R. Tori, “Introdução à realidade virtual, realidade misturada e hiper-realidade”, in Realidade Virtual: Conceitos, Tecnologia e Tendências, vol. 1, C. Kirner e R. Tori, Eds, São Paulo: Editora SENAC, 2004.

[5] H. Kato, M. Billinghurst, I. Poupyrev, “ARToolKit Version 2.33”, Human Interface Lab, Universidade de Washington .

[6] F. N. Akhras, J. Self, “A process-oriented perspective on analysing learner-environment interactions in construtivism learning”, Proc. of the Brazilian Symposium on Computing in Education (SBIE’95), Florianópolis, 1995 .

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