Avaliação do uso de modelagem qualitativa com apoio de agentes aprendizes virtuais na compreensão da dinâmica de sistemas por alunos do Ensino Fundamental

Abstract

A presente Dissertação apresenta proposta de intervenção pedagógica baseada no uso da modelagem qualitativa, apoiada por agentes aprendizes virtuais (teachable agent ou TA), funcionalidade disponível no software DynaLearn (www.dynalearn.eu), como ferramenta facilitadora da compreensão da dinâmica de sistemas para alunos de uma turma do 8º ano do Ensino Fundamental de uma escola pública do Distrito Federal. O agente aprendiz virtual, que assume a figura de um Pet (animal de estimação), tem como função principal fazer com que o aluno sinta que está 'ensinando-lhe' novos conhecimentos. O aluno aprende enquanto ensina o Pet durante a construção de modelos qualitativos de simulação. Estes são modelos construídos de acordo com técnicas desenvolvidas em uma área da Inteligência Artificial conhecida como Raciocínio Qualitativo, na qual funções matemáticas e informações sobre quantidades são representadas qualitativamente, sem o uso de dados numéricos. Mais especificamente, a modelagem adotada segue princípios estabelecidos na Teoria Qualitativa dos Processos de Forbus, para representar a estrutura e o funcionamento de sistemas. Durante a construção do modelo, o aluno pode chamar um segundo agente, apresentado como um animal semelhante ao primeiro, porém adulto, e caracterizado como um animador de auditório (Quizmaster), que faz perguntas para o Pet sobre o conteúdo do modelo. Ao final de cada consulta ao Quizmaster, é gerada uma tabela com os acertos e erros cometidos pelo aluno. A partir da interação com o Pet e com a dinâmica do quiz, e da análise dos relatórios gerados por DynaLearn, os alunos são incitados a refletir e retornar à leitura de textos para reconstruir seus modelos. Desse modo, eles melhoraram o 'desempenho de seus Pets' (que, afinal, representa o desempenho dos próprios alunos), em um processo iterativo até que todas as respostas do Pet estejam corretas. Nossa hipótese é a de que o uso de modelos qualitativos apoiados por agentes aprendizes virtuais aumenta a motivação e, consequentemente, o desempenho dos alunos na compreensão da estrutura e funcionamento do sistema em estudo, quando comparado a situações nas quais fazem a leitura de textos sem modelos, e modelam sem o apoio do TA. A metodologia utilizada consistiu de abordagens qualitativa e quantitativa, respectivamente estudo de caso, no qual opiniões de alunos e da professora de Ciências da turma foram registradas em entrevistas, questionários, observações e anotações, e análise dos relatórios gerados pelos quizes, e por meio de estudo experimental no qual foi analisado, estatisticamente, o desempenho dos alunos em pré e pós-testes. Os resultados mostram que o uso dos agentes virtuais pelos alunos pesquisados melhorou significativamente a compreensão da dinâmica dos sistemas de interesse, comparado a estudos baseados na leitura de textos sem o apoio de modelos, e à modelagem sem o TA. Os alunos se sentiram mais motivados para o estudo dos conceitos de ciências, e a professora considerou muito produtivo o uso dos agentes virtuais para seu trabalho docente. As atividades e experiências aqui descritas levaram à formulação de uma proposta de intervenção pedagógica, apresentada como material suplementar desta Dissertação.