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UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
DOUTORADO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
Um estudo da utilização de realidade aumentada associada
a um sistema de apoio ao ensino de desenho técnico para
o curso de Engenharia
MARCELO PEREIRA BERGAMASCHI
Orientador: Prof. Dr. Ismar Frango Silveira
Tese apresentada ao Doutorado em Ensino de
Ciências e Matemática, da Universidade
Cruzeiro do Sul, como parte dos requisitos
para a obtenção do título de Doutor em Ensino
de Ciências e Matemática.
SÃO PAULO
2013
id6164265 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA
FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL DA
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
B433e
Bergamaschi, Marcelo Pereira. Um estudo da utilização de realidade aumentada associada a
um sistema de apoio ao ensino de desenho técnico para o curso de
engenharia / Marcelo Pereira Bergamaschi. -- São Paulo; SP: [s.n], 2013.
140 p. : il. ; 30 cm. Orientador: Ismar Frango Silveira. Tese (doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Ensino de
Ciências e Matemática, Universidade Cruzeiro do Sul. 1. Engenharia - Desenho técnico 2. Desenho técnico -
Engenharia 3. Ambiente virtual de aprendizagem 4. Processo de ensino-aprendizagem. I. Silveira, Ismar Frango. II. Universidade Cruzeiro do Sul. Programa de Pós-Graduação em Ensino de
Ciências e Matemática. III. Título.
CDU: 62:744(043.2)
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
Um estudo da utilização de realidade aumentada associada
a um sistema de apoio ao ensino de desenho técnico para
o curso de Engenharia
Marcelo Pereira Bergamaschi
Tese de doutorado defendida e aprovada pela
Banca Examinadora em 24/06/2013.
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dr. Ismar Frango Silveira
Universidade Cruzeiro do Sul
Presidente
Prof. Dr. Luciano Silva
Universidade Cruzeiro do Sul
Prof. Dr. Jaime Sandro da Veiga
Universidade Cruzeiro do Sul
Profa. Dr.ª Pollyana Notargiacomo Mustaro
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Profa. Dr.ª Juliana Cristina Braga
Universidade Federal do ABC
À minha esposa Maria e aos meus
filhos João, Felipe, Gabriel e Marcelo,
pelo apoio, incentivo, paciência e
compreensão durante a realização
deste projeto.
AGRADECIMENTOS
Nesta oportunidade em que é alcançada uma meta importante na minha vida
profissional, quero expressar os meus sinceros agradecimentos ao Prof. Dr.
Ismar Frango Silveira, da Universidade Cruzeiro do Sul (UNICSUL), pela
amizade, apoio irrestrito e ajuda tão necessários ao desenvolvimento e à
realização deste trabalho.
Aos professores e alunos da disciplina de desenho técnico dos cursos de
Engenharia da universidade pesquisada, pelas valiosas observações,
comentários e sugestões para o aprimoramento e a viabilização do projeto
apresentado.
Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP),
pelo incentivo nos programas de capacitação docente.
Aos meus colegas estudantes do programa de pós-graduação da UNICSUL,
pelo grande incentivo recebido.
Quero ainda expressar minha gratidão aos professores do curso de pós-
graduação da UNICSUL, em especial os do curso de Doutorado em Ensino de
Ciências e Matemática, que me fizeram descobrir vários aspectos importantes
nos processos de ensino e de aprendizagem. Em suas aulas, contribuíram
para aquisição de conhecimento, proporcionando-me condições para a
realização desta pesquisa.
Prof.ª Dr.ª Carmem Lúcia Costa Amaral
Prof.ª Dr.ª Celi Aparecida Espassandin Lopes
Prof.ª Dr.ª Edda Curi
Prof.ª Dr.ª Iara Regina Bocchese Guazzelli
Prof. Dr. Ismar Frango Silveira
Prof. Dr. Jaime Sandro da Veiga
Prof. Dr. Luiz Henrique Amaral
Prof. Dr. Mauro Sérgio Teixeira de Araújo
Prof.ª Dr.ª Norma Gomes Allevato
Aos Professores Doutores Alexandre Cardoso, Jaime Sandro da Veiga, Juliana
Cristina Braga, Luciano Silva, Pollyana Notargiacomo Mustaro e Valéria
Farinazzo Martins que contribuíram com suas valiosas críticas e observações
para a conclusão deste trabalho.
A minha amada esposa Maria, que compreendeu em vários momentos, a minha
prioridade para o desenvolvimento do doutorado.
Aos meus pais, João e Sebastiana, pela educação e convivência em Família
que são exemplares.
E por fim, agradeço também a Deus, que me manteve com saúde e sempre
motivado para enfrentar este desafio.
�Vem, vamos embora
Que esperar não é saber
Quem sabe faz a hora
Não espera acontecer�
Geraldo Vandré (Músico brasileiro)
BERGAMASCHI, M. P. Um estudo da utilização de realidade aumentada
associada a um sistema de apoio ao ensino de desenho técnico para o curso
de engenharia. 2013. 140 f. Tese (Doutorado em Ensino de Ciências e
Matemática)-Universidade Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2013.
RESUMO
Estudos relatam que os alunos do curso de Engenharia têm dificuldades na
compreensão dos conceitos de Geometria Espacial na disciplina de desenho
técnico. O presente trabalho tem como finalidade demonstrar a potencialidade do
uso das tecnologias de Realidade Aumentada (RA) nos processos de ensino e de
aprendizagem, por meio da utilização de ambientes virtuais educacionais. Essas
dificuldades podem ser melhoradas com a mudança ou alternância da mídia usada.
Esta pesquisa visa apresentar outra forma de interação humano-computador que
seja mais familiar e motivadora ao usuário, dentro do contexto estudado. Este
trabalho tem como principais objetivos: melhorar a percepção dos objetos
tridimensionais, propor um modelo instrucional baseado na RA no ensino de
desenho técnico para o curso de Engenharia, aplicar os materiais gradativamente
em exposição de conteúdos pertinentes e analisar a contribuição do método nos
processos de ensino e aprendizagem. A fim de avaliar as técnicas propostas, será
utilizado um sistema capaz de permitir a visualização e interação dos objetos
desenhados por meio de um ambiente virtual com RA, promovendo assim,
facilidades visuais que ajudarão a identificar as várias faces das peças que estarão
sendo trabalhadas na disciplina de desenho técnico. Após disponibilizar a aplicação
para potenciais usuários, estes responderão questionários sobre a usabilidade do
sistema e o modelo de aprendizagem proposto.
Palavras-chave: Realidade aumentada, Geometria espacial, Desenho técnico.
BERGAMASCHI, M. P. A study of the use of augmented reality associated with
a support system to the teaching of technical drawing for engineering course. 2013. 140 f. Tese (Doutorado em Ensino de Ciências e Matemática)-Universidade Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2013.
ABSTRACT
Studies report that Engineering students face difficulties in understanding the
concepts of Spatial Geometry in Technical Drawing classes, the purpose of this study
is to demonstrate the potential of using Augmented Reality (AR) techniques in
teaching and learning processes by using virtual educational environments. The
difficulties can be avoided by changing or alternating the media that are used. This
research aims to present another form of man-computer interaction, one that is not
only more familiar, but also more motivating to the users within the studied context.
The main purpose of this work is to improve the perception of three-dimensional
objects, to prepare markers, propose an AR-based instructional model for the
teaching of technical drawing in Engineering, to gradually apply the materials to
exhibit relevant content, and to analyze the contribution the method can make to the
teaching and learning processes. Aiming to assess the proposed techniques, a
system capable of allowing one to view and interact with drawings by means of a
virtual environment equipped with AR will be used to provide visual facilities that will
help identify the several sides of the pieces that are being worked on in Technical
Drawing classes. After providing the application to potential users, such users will
give their testimonies about the system's usability and the proposed learning model.
Key words: Augmented reality, Spatial geometry, Technical drawing.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 � Professor P1 ....................................................................................... 17
Figura 2 � Professor P2 ....................................................................................... 17
Figura 3 � Arquitetura para RA. .......................................................................... 22
Figura 4 � Manuseio do marcador e seu objeto ................................................ 23
Figura 5 � Marcadores para RA. ......................................................................... 24
Figura 6 � Objetos projetados sobre os marcadores. ...................................... 25
Figura 7 � Adaptado do sistema de visão ótica direta [AZUMA, 1997] ........... 27
Figura 8 � Adaptado do sistema de visão direta por vídeo [AZUMA, 1997] .... 27
Figura 9 � Adaptado do sistema de visão em monitor [AZUMA, 1997] ........... 28
Figura 10 � MagicBook .......................................................................................... 31
Figura 11 � Construct 3D ....................................................................................... 31
Figura 12 � SACRA ................................................................................................ 32
Figura 13 � FLARAS ............................................................................................... 33
Figura 14 � SICARA ............................................................................................... 33
Figura 15 � LIRA ..................................................................................................... 34
Figura 16 � Motor elétrico com RV ....................................................................... 35
Figura 17 � Motor elétrico com RA ....................................................................... 35
Figura 18 � GeoAR ................................................................................................. 36
Figura 19 � Cavernas da Noruega ........................................................................ 44
Figura 20 � Figura egípcia ..................................................................................... 44
Figura 21 � Propostas para visualização e solução de problemas ................... 50
Figura 22 � Design instrucional ............................................................................ 67
Figura 23 � Lousa com pontos para facilitar os desenhos dos objetos ........... 69
Figura 24 � Retroprojetor como ferramenta de auxílio à aula ............................ 70
Figura 25 � Material de apoio utilizado pelos alunos .......................................... 71
Figura 26 � Teorias sobre perspectivas e vistas ................................................. 72
Figura 27 � Cortes com desvios e planos ............................................................ 73
Figura 28 � Perspectivas em 2D e algumas legendas ........................................ 74
Figura 29 � Sala de aula tradicional 1 .................................................................. 75
Figura 30 � Sala de aula tradicional 2 .................................................................. 75
Figura 31 � Uso do retroprojetor em aula ............................................................ 75
Figura 32 � Imagem gerada pelo retroprojetor .................................................... 76
Figura 33 � Marcadores propostos e o material de apoio .................................. 77
Figura 34 � Marcadores em vários tamanhos ..................................................... 78
Figura 35 � Marcador com 18 cm .......................................................................... 79
Figura 36 � Marcador com 2 cm ............................................................................ 79
Figura 37 � Marcador com 5 cm ............................................................................ 79
Figura 38 � Marcador com 7,5 cm ......................................................................... 79
Figura 39 � Quadro com marcadores ................................................................... 79
Figura 40 � Utilização do quadro .......................................................................... 79
Figura 41 � Marcador com faces ........................................................................... 80
Figura 42 � Marcador com arestas ....................................................................... 80
Figura 43 � Estrutura de pastas do ARToolKit .................................................... 81
Figura 44 � Arquivo pattHiro ................................................................................. 82
Figura 45 � Arquivo pattKanji ............................................................................... 82
Figura 46 � Arquivo simpleVRML e objetos em 3D ............................................. 82
Figura 47 � Arquivo blankPatt............................................................................... 83
Figura 48 � Marcador criado ................................................................................. 83
Figura 49 � Arquivo mk_patt ................................................................................. 83
Figura 50 � Cadastrar marcador ........................................................................... 84
Figura 51 � Gravação do arquivo de imagem ...................................................... 84
Figura 52 � Arquivo object_data_vrml ................................................................. 85
Figura 53 � Arquivo bergamaschi.wrl .................................................................. 86
Figura 54 � Arquivo bergamaschi.dat .................................................................. 86
Figura 55 � Objeto visualizado por meio de marcador criado pelo usuário ..... 87
Figura 56 � Sala de aula tradicional ..................................................................... 88
Figura 57 � P2 em aula tradicional ....................................................................... 88
Figura 58 � P1 em treinamento ............................................................................. 89
Figura 59 � P2 em treinamento ............................................................................. 89
Figura 60 � P1 com o questionário ....................................................................... 90
Figura 61 � P1 com o sistema ............................................................................... 92
Figura 62 � Aula em laboratório 1 ......................................................................... 92
Figura 63 � Aula em laboratório 2 ......................................................................... 92
Figura 64 � Aula em laboratório 3 ......................................................................... 92
Figura 65 � Alunos interagindo com o sistema ................................................... 93
Figura 66 � Alunos experimentando o sistema ................................................... 93
Figura 67 � P1 e o aluno ........................................................................................ 94
Figura 68 � P2 e o aluno ........................................................................................ 94
Figura 69 � Professor P2 e suas conclusões ...................................................... 95
Figura 70 � Alunos compartilhando suas observações ..................................... 96
Figura 71 � Aluno e o quadro com vários objetos para comparações .............. 96
Figura 72 � Questionário 1 .................................................................................... 99
Figura 73 � Questionário 2 .................................................................................... 99
Figura 74 � P1 com o questionário (Likert) ........................................................ 102
Figura 75 � P2 com o questionário (Likert) ........................................................ 102
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 � Quadro sobre as IES ............................................................................ 56
Tabela 2 � Grau de concordância ....................................................................... 100
Tabela 3 � Frases para a escala de Likert .......................................................... 101
Tabela 4 � Resultados sobre aprovação ............................................................ 118
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 � Graus de concordância ................................................................... 101
Gráfico 2 � A metodologia anterior ao projeto e o entendimento da
matéria .............................................................................................. 103
Gráfico 3 � O projeto com RA e melhorias ........................................................ 104
Gráfico 4 � Melhoria no ensino de GE ............................................................... 105
Gráfico 5 � Objetos apresentados em 3D e sua visualização .......................... 106
Gráfico 6 � O sistema de RA proposto .............................................................. 107
Gráfico 7 � Facilidade em se usar RA ................................................................ 107
Gráfico 8 � A tecnologia envolvida .................................................................... 108
Gráfico 9 � Perspectivas evidentes .................................................................... 109
Gráfico 10 � Melhor percepção dos objetos ....................................................... 110
Gráfico 11 � Questionário geral............................................................................ 110
Gráfico 12 � Técnica para aprendizagem ............................................................ 112
Gráfico 13 � Manipulação dos marcadores ......................................................... 114
Gráfico 14 � Interação ........................................................................................... 115
Gráfico 15 � Professor com o marcador .............................................................. 117
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 15
1.1 Considerações Iniciais ............................................................................... 15
1.2 Organização do trabalho ............................................................................ 20
2 REALIDADE AUMENTADA ......................................................................... 22
2.1 Realidade Aumentada ................................................................................ 22
2.2 Marcadores para a utilização de RA ......................................................... 24
2.3 Classificações da Realidade Aumentada ................................................. 26
2.3.1 Sistema de visão ótica direta .................................................................... 26
2.3.2 Sistema de visão direta por vídeo ............................................................. 27
2.3.3 Sistema de visão por vídeo baseado em monitor .................................... 27
2.3.4 Sistema de visão ótica por projeção ......................................................... 28
2.3.5 Realidade Aumentada sem marcadores ................................................... 28
2.4 Sistema de Realidade Aumentada e tracking .......................................... 29
2.5 Realidade Aumentada no ensino .............................................................. 29
2.6 RA na Engenharia ....................................................................................... 40
2.7 Síntese ......................................................................................................... 43
3 O ENSINO DE DESENHO TÉCNICO NO BRASIL E NO MUNDO.............. 44
3.1 O desenho técnico ...................................................................................... 44
3.2 O ensino de desenho técnico nos cursos de Engenharia no Brasil ...... 44
3.3 O ensino de desenho técnico nos cursos de Engenharia no Mundo .... 48
3.3.1 Universidades dos Estados Unidos .......................................................... 52
3.3.2 Universidade de Coimbra - Portugal ......................................................... 53
3.3.3 Universidade de Oviedo � Espanha .......................................................... 53
3.3.4 Escola Universitária de Engenharia Técnica Industrial de Madrid -
Espanha ....................................................................................................... 54
3.3.5 Universidade de Quebec - Canadá ............................................................ 54
3.3.6 Faculdade de Engenharia de Milano - Itália ............................................. 55
3.4 Quadro comparativo sobre as IES com o uso de desenho técnico ....... 56
3.5 Necessidades das abstrações na formação do engenheiro ................... 57
3.6 Diretrizes Curriculares Nacionais (DCN) dos cursos de Engenharia ..... 58
3.7 Análise dos resultados .............................................................................. 60
3.8 Síntese ......................................................................................................... 61
4 METODOLOGIA........................................................................................... 63
4.1 Pesquisa ...................................................................................................... 63
4.1.1 O cenário do experimento ......................................................................... 64
4.2 Pesquisa participante ................................................................................. 65
4.3 Modelo instrucional .................................................................................... 66
4.4 Modelo pedagógico .................................................................................... 67
4.5 O ensino de desenho técnico hoje ............................................................ 68
4.6 Recursos e ambientes propostos ............................................................. 76
4.6.1 Recursos propostos ................................................................................... 77
4.6.2 Como funciona o ARToolKit ...................................................................... 80
4.6.3 Ambientes propostos ................................................................................. 87
4.6.3.1 Métodos tradicionais .................................................................................. 87
4.6.3.2 Ambientação do professor ........................................................................ 88
4.6.3.3 Ambientação de professor e alunos ......................................................... 90
4.6.3.4 Ambiente híbrido ........................................................................................ 90
4.7 Proposta metodológica .............................................................................. 90
4.8 Síntese ......................................................................................................... 96
5 ANÁLISE DA APLICAÇÃO ......................................................................... 98
5.1 Um estudo sobre a dinâmica da aula ........................................................ 98
5.2 Uma análise sobre os depoimentos e relatos dos professores ............. 99
5.3 Uma análise sobre as respostas dos alunos ......................................... 102
5.4 A estratégia utilizada e os resultados ..................................................... 117
5.5 Avaliação de usabilidade ......................................................................... 119
5.5.1 Facilidade de aprendizado ....................................................................... 119
5.5.2 Facilidade de recordação ......................................................................... 119
5.5.3 Eficiência ................................................................................................... 120
5.5.4 Segurança no uso ..................................................................................... 120
5.5.5 Satisfação do usuário .............................................................................. 120
5.6 Tecnologia, usabilidade e aspectos pedagógicos (TUP) ...................... 121
5.6.1 Uma abordagem sobre TUP ..................................................................... 121
5.7 A motivação em se usar a RA ................................................................. 122
6 CONCLUSÕES .......................................................................................... 123
6.1 O ensino de desenho técnico e a RA ...................................................... 123
6.2 Considerações Finais ............................................................................... 124
6.3 Trabalhos Futuros .................................................................................... 125
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 127
ANEXOS ................................................................................................................. 136
15
1 INTRODUÇÃO
1.1 Considerações Iniciais
As novas Tecnologias de Informação e Comunicação tornam-se cada vez
mais presentes no dia a dia das pessoas e mais presentes ainda nas escolas e
universidades. Realmente os sistemas computacionais são encontrados em grande
parte dos estabelecimentos comerciais e também em nosso cotidiano.
No que tange à Educação, o cenário não poderia ser diferente, pois os
computadores apoiam diversas disciplinas. Por meio deles, os alunos acessam a
internet e ampliam suas fontes de pesquisa. Interligados em rede e com acesso à
internet disponibilizam recursos para um número enorme de possibilidades de
pesquisa e também com sistemas que atendem a determinadas situações e
disciplinas específicas (SILVEIRA; ARAÚJO JR., 2006).
Além dos sistemas computadorizados para a realização de uma infinidade
de pesquisas no ensino superior, poderiam ser utilizados recursos computacionais
no ensino da Geometria Espacial (GE). Usa-se a geometria toda vez que é preciso
saber o tamanho, a forma, o volume ou a posição de alguma coisa. A GE é o estudo
das superfícies, de pontos, retas e planos no espaço. As figuras geométricas sólidas
possuem três dimensões: comprimento, altura e largura. Esse conteúdo é ministrado
em vários cursos do ensino superior, entre eles, os cursos de Engenharia:
[...] O estudo de Geometria Espacial é de suma importância para o
desenvolvimento da capacidade de abstração, resolução de problemas
práticos do quotidiano, estimar e comparar resultados, reconhecer
propriedades das formas geométricas (BRASIL, p. 75-76, 2006).
A educação superior, ainda em muitos casos, adota procedimentos mais
tradicionais e conservadores. É objeto de debates a respeito de sua capacidade de
adequação às transformações e às mutantes demandas sociais, em especial
naquelas áreas e cursos mais procurados pela comunidade, como é o caso da
Engenharia, por exemplo (FLEURY, 2001).
Ao lado dessas transformações estruturais, encontra-se uma necessidade
tanto de mudança de atitude por parte dos alunos e professores, como de
16
estratégias, no sentido de utilizar outros meios e recursos como ferramentas de
apoio ao ensino e também de haver mudanças de metodologias de ensino.
A Geometria Espacial é um dos assuntos em que os alunos demonstram
mais dificuldades dentre os conteúdos de matemática ensinados (FERNANDES,
2008). Uma das causas disso é que, usualmente, os professores lecionam esse
conteúdo e usam somente quadro-negro e giz, ou seja, utilizam-se representações
planares para objetos tridimensionais, o que torna o assunto abstrato e dificulta sua
visualização.
Partindo da hipótese de que alunos têm uma dificuldade natural (ALMEIDA,
2010; LACERDA JUNIOR, 2010) para interpretar sólidos desenhados em um plano
2D (plano em duas dimensões), e daí, extrair cortes e redesenhar as peças em
perspectivas isométricas e cavaleiras, utilizando-se dos modelos atuais da disciplina
de desenho técnico, este trabalho propõe um modelo instrucional, baseado na
técnica de RA, no ensino dessa disciplina para o curso de Engenharia.
O desafio que se apresenta ao ensino de Engenharia no Brasil é um cenário
mundial que demanda uso intensivo da ciência e tecnologia e exige profissionais
altamente qualificados. Nas Diretrizes Curriculares, o antigo conceito de currículo,
entendido como matriz curricular que formaliza a estrutura de um curso de
graduação é substituído por um conceito bem mais amplo, que pode ser traduzido
pelo conjunto de experiências de aprendizado que o estudante incorpora durante o
processo participativo de desenvolver um programa de estudos coerentemente
integrado (BRASIL, 2001).
Em um ambiente virtual, o professor tem melhores condições de demonstrar
situações que são difíceis de serem simuladas no quadro-negro, como por exemplo,
a Geometria Espacial � objeto de estudo desta tese. O aluno, por sua vez, fica
motivado com a possibilidade de absorver, mais naturalmente, a teoria apresentada
pelo professor (BITTENCOURT; VELASCO, 1998). Uma das técnicas utilizadas para
exemplificar esse ambiente virtual é a utilização dos recursos da chamada Realidade
Aumentada (RA), que permitirá aos envolvidos nesse sistema uma maior interação
com as peças e os objetos estudados em GE.
17
Os sistemas com a utilização de RA permitem que o usuário decida sobre os
ambientes. Tais sistemas compõem cenas de imagens tridimensionais geradas por
computador misturadas com imagens reais e aumentam as informações do cenário
a fim de produzirem a sensação de que tais informações se fazem presentes em um
único ambiente (ZORZAL, 2009):
[...] A Realidade Aumentada em Educação pode constituir um elemento
motivador, bem como despertar a atenção do estudante (MENDONÇA; MUSTARO, p. 101, 2011.).
Como os alunos em geral têm dificuldades na compreensão dos conceitos
de Geometria Espacial na disciplina de desenho técnico (FERNANDES, 2008) em
função da forma como os conteúdos são atualmente inseridos nos programas de
ensino, propor-se-á aqui uma técnica de aprendizado que utilize ambientes com RA
para agregar valores aos conteúdos ministrados. Espera-se alcançar melhoria nos
índices de aprovação a partir do uso de uma técnica para os estudos, inserindo na
disciplina, recursos da tecnologia da informação (TI) com a visualização e
manipulação dos objetos pesquisados em 3D.
Hoje em dia, os alunos do curso de Engenharia da Instituição de Ensino
pesquisada se utilizam de materiais de apoio e contam com os recursos de quadro-
negro e apontamentos do professor para absorver o conteúdo da disciplina de
desenho técnico. As figuras 1 e 2 ilustram os professores em suas salas de aulas
tradicionais.
Figura 1 � Professor P11 Figura 2 � Professor P2
1 Todos os professores e alunos forneceram autorizações para a divulgação das suas imagens, evidenciadas no
(anexo C)
18
O objetivo geral do trabalho é proporcionar ao aluno uma melhor percepção
do espaço tridimensional. O meio para isso é a utilização da Realidade Aumentada
juntamente com os recursos adotados hoje em sala de aula, o que potencializará o
processo de ensino. Em outras palavras, a RA será utilizada como uma ferramenta
de apoio ao ensino de desenho técnico, na intenção de dar condições ao aluno de
visualizar as peças e os objetos propostos com mais facilidade e absorver os
conteúdos ministrados com mais naturalidade. Para justificar esse objetivo, de
maneira sistêmica será feita uma pesquisa no sentido de comprovar que há
dificuldades nos modelos atuais de ensino e aprendizagem em função de os objetos
serem propostos em duas dimensões. Investigar-se-á ainda, se a visualização e
manipulação dos mesmos objetos no espaço vetorial tridimensional trariam algum
benefício ou facilidade no aprendizado, tanto para o aluno, quanto para o professor.
Os objetivos específicos para esta pesquisa são: propor um modelo
instrucional baseado na técnica de Realidade Aumentada no ensino de desenho
técnico para o curso de Engenharia; analisar a contribuição do método associado à
exposição de conteúdos nos processos de ensino e aprendizagem.
Serão utilizados procedimentos metodológicos para o uso de recursos de
Realidade Aumentada como, por exemplo, inclusão, nos materiais de apoio dos
alunos, de certos marcadores que possibilitarão a visualização e a manipulação dos
objetos em três dimensões por meio de câmeras. Tais câmeras serão apontadas
para esses marcadores e mostrarão, em monitores de vídeo ou projetores multimídia
do tipo datashow, os objetos em três dimensões.
A hipótese deste estudo é provar que a Realidade Aumentada é eficaz no
aprendizado de desenho técnico. Por meio da visualização e também da
manipulação dos objetos de Geometria Espacial em 3D o aluno terá
hipoteticamente, uma maior percepção do objeto, o que facilitará os procedimentos
de ensino e aprendizado da GE.
Ainda no sentido de melhorar o aprendizado, as rotinas de rotação e
translação do objeto nos eixos X, Y e Z poderão ser realizadas pelos alunos com
comodidade, o que contribuirá ainda mais para as várias vistas do objeto em estudo.
A rotação ou translação será articulada pelos alunos e professores com total
19
liberdade em relação ao espaço vetorial tridimensional, limitada em função do
ângulo da câmera na visualização do marcador. Esse é um problema que pode ser
apontado, pois não é possível fazer a rotação dos eixos em 360º para visualizar o
objeto de estudo. Contudo, isso não descaracteriza o objetivo de proporcionar uma
melhor percepção do espaço tridimensional.
Para a contribuição deste trabalho à ciência, essa estratégia de ensino traz
resultados diferenciados e melhores em relação às técnicas atuais adotadas por
algumas universidades, identificadas no item 3.2, isto é, a metodologia utilizada para
o ensino de desenho técnico é diferenciada e significativa para o aprendizado,
conforme também demonstra o questionário com as respostas dos professores e
alunos envolvidos. Este estudo irá provar que uma contribuição importante para o
ensino de desenho técnico para o curso de Engenharia é o uso da RA como uma
ferramenta para potencializar o aprendizado, no sentido de melhorar as percepções
de objetos tridimensionais.
Destaca-se que existem trabalhos correlatos, que serão apontados nos
itens 2.5 e 2.6, mas com viés na tecnologia e não no ensino propriamente dito.
Foram analisados e revisados vários artigos sobre o assunto, que traziam o uso das
Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) como ferramentas de apoio ao
ensino no curso de Engenharia de maneira geral, sempre com bons resultados.
A combinação do material tradicional com a RA e trabalhos equivalentes ou
artigos publicados em bibliotecas que refletem o estado da arte, não foram
encontrados no cenário educacional brasileiro, mas trabalhos correlatos foram
verificados. Daí a importância desta pesquisa.
Procura-se, então, evidenciar a originalidade e o ineditismo do tema
proposto e que será explicitado no item 2.5. Sistematicamente foram pesquisados os
trabalhos realizados nos últimos dez anos em várias fontes. Destacam-se a
Association for Computing Machinery (ACM), Associação Brasileira de Educação de
Engenharia (ABENGE), Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia
(COBENGE), base de dados EBSCO, consulta de periódicos científicos da
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), IEEE
Computer Graphics and Applications, Symposium on Virtual and Augmented Reality
20
(SVR), Workshop de Realidade Virtual e Aumentada (WRVA), Journal of
Professional Issues in Engineering Education & Practice, International Journal of
Mechanical Engineering Education, European Journal of Engineering Education.
Vários artigos relacionados à pesquisa foram encontrados. Os selecionados
estão referenciados no capítulo 7. Textos de busca como �RA na educação�, �RA na
Engenharia�, �uso de TIC no ensino�, �ensino de desenho técnico na Engenharia�,
�desenho técnico no Brasil e no mundo�, �RA�, �realidade aumentada�, �aplicações
de RA�, �sistemas de RA�, �augmented reality�, �formação do engenheiro�,
�ambientes tridimensionais�, �technical drawing�, �desenho técnico e RA�, entre
outros, proporcionaram um rico material de estudo que foram analisados para dar
suporte a este trabalho e fundamentá-lo. Procurou-se adotar um critério de seleção
subjetivo. Em muitos casos, fez-se a leitura de alguns capítulos de determinados
artigos, pois apenas o resumo não era suficiente para deferir sobre o aproveitamento
do material pesquisado.
1.2 Organização do trabalho
A apresentação desta pesquisa está basicamente dividida em três partes. A
primeira mostra os métodos e os resultados dos estudos feitos sobre a Realidade
Aumentada utilizada no curso de Engenharia e também sobre o ensino de
Geometria Espacial no Brasil e no mundo, com o objetivo de encontrar valores que
possam solidificar os conceitos teóricos sobre o �Estado da Arte�. A segunda aponta
a metodologia utilizada atualmente e o desenvolvimento metodológico proposto para
a realização do ensino de Geometria Espacial na disciplina desenho técnico para o
curso de Engenharia. A terceira oferece sugestões para as aplicações da RA na
área de ensino, para potencializar o aprendizado de Geometria Espacial. Para
apresentar esses resultados, o presente trabalho, além deste capítulo inicial, está
organizado da seguinte forma:
No capítulo 2, é apresentada uma visão geral da RA, com definições sobre o
ambiente virtual, marcadores e classificação dos sistemas de RA. Ainda neste
capítulo, há um estudo sistemático sobre a utilização de RA no ensino da
Engenharia nas universidades do Brasil e do mundo. É apresentado um resumo que
compõe o ensino de RA nas universidades. Com exemplos é mostrado como a RA
21
está sendo utilizada por meio de vários aplicativos em diversos setores e frentes da
Educação.
No capítulo 3, são colocados os métodos de que várias universidades no
Brasil e também no mundo se utilizam para ministrarem a disciplina de desenho
técnico no curso de Engenharia. É apresentado um quadro comparativo entre várias
universidades e mostra-se em qual ciclo a disciplina é ministrada, qual a tecnologia
utilizada e quais os diferenciais tecnológicos e metodológicos disponibilizados para o
aprendizado. Também são definidas as principais características de um engenheiro
para ser um gestor de processos e de pessoas sem perder de vista suas
qualificações e aptidões. Ainda nesse capítulo, há uma síntese das Diretrizes
Curriculares Nacionais para os cursos de Engenharia no Brasil.
No capítulo 4, são explicadas as metodologias atuais e a proposta
metodológica para o ensino de Geometria Espacial para o curso de Engenharia.
Além das aulas convencionais, a utilização da RA em ambiente com ARToolKit é
disponibilizada para que professores e alunos experimentem essa técnica para
potencializar o aprendizado sobre os objetos e peças visualizadas em 3D.
No capítulo 5, é feita a análise da aplicação de RA com os professores e
alunos. Levam-se em consideração suas respostas sobre a usabilidade do projeto.
Também nesse capítulo foram considerados resultados finais e comparados com os
índices de aprovação de outros anos, quando não se utilizava o projeto.
No capítulo 6, há as conclusões sobre o uso da RA no ensino de GE para a
disciplina de desenho técnico para o curso de Engenharia. Foram relatadas as
considerações finais e também levantadas as possibilidades para a realização de
trabalhos futuros, para promover continuidade à pesquisa.
Em anexos, os exemplos dos questionários que foram preenchidos pelos
alunos e também pelos professores pesquisados e o exemplo das autorizações para
a divulgação de imagens pessoais para esta tese.
22
2 REALIDADE AUMENTADA
2.1 Realidade Aumentada
A Realidade Aumentada (RA) é caracterizada pela inclusão de objetos
virtuais (como imagens, textos e animações) no mundo real, por meio de dispositivos
tecnológicos, permitindo ao usuário explorar esses cenários reais enriquecidos e
atraentes. Do ponto de vista tecnológico, as aplicações de RA necessitam atender a
três requisitos básicos: combinação do mundo real com o mundo virtual; interação
em tempo real; e visualização tridimensional dos objetos que compõem o ambiente
(AZUMA, 1997).
A RA pode facilitar a visualização e manipulação dos objetos de estudo,
reproduzindo os dados complexos sob a forma de objetos tridimensionais,
permitindo, dessa forma, aumentar a capacidade de percepção do usuário. Essa
tecnologia também permite interações mais naturais, sem o uso de equipamentos
especiais (ZORZAL, 2009).
A RA funciona de diversas formas. Uma delas se dá por meio do
reconhecimento de um símbolo que chamamos de marcador. O software processa a
imagem capturada por uma câmera (webcam) e identifica o posicionamento do
símbolo; em seguida, o software disponibiliza um objeto virtual (Realidade
Aumentada) com base nesse posicionamento. Arquitetura representada na figura 3.
Figura 3 � Arquitetura para RA.
Fonte: Agência DDA Marketing e Design Digital2
2 Disponível em: <http://www.agenciadda.com.br/realidade-aumentada-ra>. Acesso em: 19 dez. 2012
23
Uma das ferramentas mais utilizadas é o ARToolKit, uma biblioteca gráfica,
de uso livre e código aberto para desenvolvedores e pesquisadores da área. Foi
desenvolvido inicialmente pelo Dr. Hirokazu Kato da Universidade de Osala, Japão.
Hoje em dia é mantido pelo Laboratório de Tecnologia de Interface Humana (Human
Interface Technology Laboratory - HITL), na Universidade de Washington. Quando,
por exemplo, filma-se um local ou algum experimento e se inserem nessa filmagem
objetos virtuais, dá-se a impressão de que tais objetos virtuais pertencem ao mundo
real, constrói-se a chamada RA (BIANCHI; ALMEIDA; OIKAWA, 2005).
No caso da biblioteca ARToolKit, é possível a inserção desses objetos virtuais
em marcadores que irão compor a cena do mundo virtual. Usualmente o ARToolKit
usa marcadores pré-definidos pelo usuário para relacionar um objeto virtual à cena
real. Se há a necessidade de se visualizarem vários objetos diferentes, vários
marcadores são necessários (BIANCHI; ALMEIDA; OIKAWA, 2005).
Considera-se o sentido da visão, além de permitir que objetos virtuais possam
ser introduzidos em ambientes reais, a RA também proporciona ao usuário o
manuseio desses objetos, representado na figura 4, o que possibilita interação
natural e atrativa com o ambiente (ZORZAL, 2009).
Figura 4 � Manuseio do marcador e seu objeto
Devido a esses fatores, a RA vem sendo considerada uma possibilidade
concreta de se tornar a próxima geração de interface popular a ser usada nas mais
variadas aplicações em espaços internos e externos (KIRNER; SISCOUTTO, 2007).
24
Técnicas de rastreamento visual usando visão computacional e
processamentos de imagens são importantes nesse caso. Com a popularização da
webcam e com o avanço das técnicas de visão computacional e do poder de
processamento dos microcomputadores, o rastreamento óptico passou a ser uma
realidade, em função da disponibilidade e do baixo custo (KIRNER; SISCOUTTO,
2007).
2.2 Marcadores para a utilização de RA
A RA acrescenta elementos virtuais à percepção do mundo real pelo usuário
por meio da combinação (ou sobreposição) da cena do mundo real com elementos
virtuais (AZUMA, 1997). O principal objetivo é suplementar o mundo real com
objetos virtuais coexistindo no mesmo espaço (visual).
Os marcadores geralmente são cartões reais que servem para posicionar
elementos virtuais no mundo real. É um quadrado com bordas na cor preta com uma
imagem no centro, capaz de torná-lo único e, portanto, diferente de outros
marcadores. Não há restrições quanto à imagem que será inserida no centro do
marcador. Ela fica a critério do desenvolvedor do projeto de RA. Um detalhe é que o
marcador não pode gerar interpretações ambíguas, com o uso de imagens
simétricas, por exemplo. Um bom marcador deve apresentar uma diferença. A cada
rotação de 90° no eixo �z�, possibilita-se a identificação da rotação da imagem que
será sobreposta ao marcador. A figura 5 mostra alguns dos marcadores para RA já
existentes que são disponibilizados com a ferramenta ARToolKit (BERGAMASCHI;
SILVEIRA, 2012a).
Figura 5 � Marcadores para RA.
25
A figura 6 apresenta um desenho tridimensional projetado em um marcador
específico para o objeto desenhado. O objeto modelado em VRML (Virtual Reality
Modeling Language) foi previamente cadastrado para o desenho particular utilizando
a ferramenta ARToolKit. Esse objeto projetado em teste será utilizado pelos alunos
posteriormente. Cada desenho tridimensional terá o seu modelo relacionado
separadamente.
Outros tamanhos de marcadores foram construídos e estudados nesta
pesquisa, conforme será relatado no capítulo sobre a metodologia utilizada nos
procedimentos de estudo. Os desenhos podem ser projetados e impressos em
tamanhos diferenciados, em função do marcador ou ainda em função de parâmetros
na ferramenta ARToolKit.
Figura 6 � Objetos projetados sobre os marcadores.
Um típico sistema de Realidade Aumentada é formado de um ou mais
marcadores, que permitem ao usuário posicionar onde ele irá visualizar a imagem
em 3D. Existem limitações para esse posicionamento em função do alcance da
câmera, da luminosidade do ambiente, do ângulo de visualização da câmera e da
qualidade da impressão do marcador. Tudo isso interfere no uso satisfatório do
sistema de RA. No sentido de minimizar os problemas com relação à rotação, criou-
se mais de um marcador para a mesma peça, porém, modelado de outra forma para
que algumas faces ocultas das peças ficassem disponibilizadas e visíveis.
26
Outro problema ocorre quando algum objeto real, ou ainda alguma sombra ou
reflexo de luz, sobrepõe um marcador na cena, mesmo que parcialmente. Isso
causa a sua oclusão na mesma e faz com que o sistema não encontre a imagem do
marcador nem, consequentemente, apresente o objeto virtual sobre ele. O problema
da oclusão é, em geral, existente nos aplicativos que lidam com Realidade
Aumentada (BERGAMASCHI; SILVEIRA, 2012b).
2.3 Classificações da Realidade Aumentada
Os sistemas de Realidade Aumentada podem ser classificados conforme o
tipo de display utilizado, evolvendo visão ótica ou visão por vídeo, dando origem a
quatro tipos de sistemas (AZUMA et. al., 2001):
Sistema de visão ótica direta.
Sistema de visão direta por vídeo.
Sistema de visão por vídeo baseado em monitor.
Sistema de visão ótica por projeção.
2.3.1 Sistema de visão ótica direta
Esse sistema utiliza óculos ou capacetes com lentes que permitem o
recebimento direto da imagem real, ao mesmo tempo em que possibilitam a
projeção de imagens virtuais devidamente ajustadas com a cena real.
Uma maneira comum de se conseguir essa característica é usar uma lente
inclinada que permita a visão direta e que reflita a projeção de imagens geradas por
computador diretamente nos olhos do usuário (ZORZAL, 2010). A figura 7 mostra o
diagrama desse tipo de sistema.
27
Figura 7 � Adaptado do sistema de visão ótica direta [AZUMA, 1997]
2.3.2 Sistema de visão direta por vídeo
O sistema de visão direta por vídeo utiliza capacetes com câmeras de vídeo
acopladas. A cena real, capturada pela câmera, é misturada com os elementos
virtuais gerados por computador e apresentada diretamente nos olhos do usuário,
por meio de pequenos monitores montados no capacete (ZORZAL, 2010). A figura
8 mostra o diagrama desse sistema.
Figura 8 � Adaptado do sistema de visão direta por vídeo [AZUMA, 1997]
2.3.3 Sistema de visão por vídeo baseado em monitor
O sistema de visão por vídeo baseado em monitor utiliza uma webcam para
capturar a cena real. Depois de capturada, a cena real é misturada com os objetos
virtuais gerados por computador e apresentada no monitor. O ponto de vista do
usuário normalmente é fixo e depende do posicionamento da webcam (ZORZAL,
2010). A figura 9 mostra o diagrama e os equipamentos utilizados nesse caso.
28
Figura 9 � Adaptado do sistema de visão em monitor [AZUMA, 1997]
2.3.4 Sistema de visão ótica por projeção
O sistema de visão ótica por projeção utiliza superfícies do ambiente real,
onde são projetadas imagens dos objetos virtuais, cujo conjunto é apresentado ao
usuário que o visualiza sem a necessidade de qualquer equipamento auxiliar.
Embora interessante, esse sistema é muito restrito às condições do espaço real, em
função da necessidade de superfícies de projeção.
Os sistemas de visão direta são apropriados para situações onde a perda da
imagem pode ser perigosa, como é o caso de uma pessoa andando pela rua,
dirigindo um carro ou pilotando um avião.
Em locais fechados, onde o usuário tem controle da situação, o uso da visão
por vídeo é adequado e não oferece perigo, pois em caso de perda da imagem,
pode-se retirar o capacete com segurança. O sistema com visão por vídeo é mais
barato e mais fácil de ser ajustado (ZORZAL, 2010).
2.3.5 Realidade Aumentada sem marcadores
Também conhecida como Markerless Augmented Reality (MAR) integra
objetos 3D na cena real sem o uso de marcadores. Qualquer parte da cena real
pode ser usada como marcador, podendo ser inclusive rastreada e ter sua posição
identificada. Contém rastreadores especializados, porém muito complexos e com
restrições, e possibilitam extrair características da cena real (TEICHRIEB, 2007).
Para o reconhecimento de objetos sem marcadores, é necessário o
conhecimento prévio do mundo real, que são modelos 3D utilizados para auxiliar na
estimativa da posição da câmera em relação ao objeto obedecendo a restrições de
29
tempo real (SIMÕES, 2008) Para realizar a correta inserção dos elementos virtuais
nas cenas reais, os sistemas de MAR precisam recuperar a posição e orientação da
câmera virtual a cada quadro, ou seja, rastrear o objeto e em tempo real.
2.4 Sistema de Realidade Aumentada e tracking
Um típico sistema de Realidade Aumentada é formado por uma ou mais
câmeras, software para construção de objetos virtuais, sistema gráfico e dispositivo
de interação para as tarefas de (KIRNER, 2010):
a) Captura da cena real.
b) Criação de imagens virtuais.
c) Sobreposição dos objetos reais e virtuais no mesmo cenário.
d) Rastreamento para posicionamento e orientação espacial do usuário.
e) Interação em tempo real.
Uma tarefa importante é extrair informações para instruir o sistema gráfico no
processo de formação de um ambiente a partir do ponto de vista do usuário. Uma
das formas para efetuar essa operação é utilizar marcadores que permitem ao
sistema gráfico definir tanto as coordenadas espaciais e a orientação dos objetos a
partir do ponto de vista do usuário quanto identificar alterações de posicionamento
(tracking) e interação do usuário com os objetos (KIRNER, 2010).
2.5 Realidade Aumentada no ensino
As aplicações de RA vêm se tornando cada vez mais disponíveis, não apenas
em plataformas de alto custo (com óculos, projeções, capacetes, dentre outros),
como também em computadores pessoais e dispositivos móveis. Grande parte
dessas aplicações ocorre em áreas como entretenimento e marketing, mas o uso de
sistemas de RA na educação vem crescendo significativamente (HAMILTON, 2011).
O Horizon Reports (EDUCASE, 2011) que aponta anualmente os temas de maior
impacto para a educação, previu, no seu relatório de 2011, que o uso da RA em
educação alcançará ampla divulgação dentro dos próximos dois a três anos.
30
Na busca do �estado da arte�, foram analisados os anais dos principais
eventos do cenário científico nacional da área. Foi feito levantamento bibliográfico de
trabalhos correlatos à pesquisa. Alguns artigos nacionais e internacionais tratam do
uso de tecnologias nos processos de ensino e de aprendizagem como ferramentas
de apoio no ensino de vários componentes curriculares, entre eles, a Geometria
Espacial. Isso significa que existem grandes avanços nessas pesquisas no sentido
de facilitar a visualização das imagens 3D por meio de recursos de tecnologia,
principalmente a RA.
A procura sistêmica no banco de dissertações e teses da CAPES por
pesquisas em �geometria espacial� trouxe alguns trabalhos relacionados à educação
ou ainda à educação matemática que retratam em seus estudos a importância da
representação e visualização em geometria espacial, habilidades para o
desenvolvimento do raciocínio geométrico espacial de um indivíduo qualquer.
Vários trabalhos na área de educação matemática ressaltam a importância de
se incentivar o desenvolvimento do aluno na área de geometria espacial, entre eles
(KALLEF, 1998; KALLEF; REI; GARCIA, 1996; KALLEF; REI, 1994) que investigam
a interpretação de sólidos geométricos e outros que retratam a questão da
visualização como, por exemplo (FERNANDES, 2008; SILVA, 2008).
Importante deixar claro que não se propõe investigar o uso de RA no ensino
como tecnologia, pura e simplesmente, pois já é, há muito evidência de pesquisa
concluída, como por exemplo:
a) MagicBook proposto pelo �Human Interface Technology Lab (HITLab)�. Essa
aplicação, ilustrada na figura 10, permite ao usuário a visualização de objetos
tridimensionais sobre as páginas do livro, enriquecido com RA. Além da visualização
o ambiente permite também uma navegação imersiva por meio de dispositivos
especiais. Tais características o tornaram uma das aplicações mais conhecidas no
cenário educacional. Vários artigos a citam como fonte buscadora para o
desenvolvimento de outras aplicações. (BILLINGHURST; KATO; POUPYREV,
2001).
31
Figura 10 � MagicBook
Fonte: Projects in VR � The MagicBook3
b) Vienna University of Technology, Áustria, com o desenvolvimento de uma
ferramenta de RA no ensino de Geometria Espacial, denominada �Construct
3D�, uma aplicação que se destina ao ensino de geometria que pode ser
aplicada ao ensino médio e ensino superior. A ferramenta ilustrada na figura
11 permite a construção de objetos geométricos tridimensionais,
possibilitando também a colaboração entre os participantes de determinada
aplicação (KAUFMANN; STEINBÜEGL; DÜNSER; GLÜCK, 2005).
Figura 11 � Construct 3D
Fonte: Educating Spatial Intelligence in Augmented Reality4
c) SACRA - Sistema de Autoria Colaborativa com Realidade Aumentada. Ele
propõe aos participantes, a possibilidade de interação com aplicações por
meio de colaboração face a face ou remota. O desenvolvimento do SACRA
3 Disponível em: <http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/Papers/cgaMay2001.pdf>. Acesso em: 16 fev. 2013 4 Disponível em: <http://www.ims.tuwien.ac.at/research/spatial_abilities/>. Acesso em: 16 fev. 2013
32
baseia-se na interação com os objetos virtuais proporcionadas pelos
comportamentos dos marcadores, que estão associados aos possíveis
estados que o sistema de rastreamento permite identificar. Além de
marcadores com essa característica, existem os que são chamados de
marcadores de referência, mostrados na figura 12, pois não têm uma ação
definida. (KIRNER; SANTIN, 2010).
Figura 12 � SACRA
Fonte: Funcionamento e Utilização do SACRA5
d) FLARAS - Flash Augmented Reality Authoring System, é uma ferramenta
(figura 13) de autoria visual de aplicações interativas de Realidade
Aumentada, elaborada a partir das ferramentas FLARToolKit e SACRA. As
aplicações podem ser executadas do navegador da internet em modo online
ou local. Não há a necessidade de conhecimentos da área de computação
com modelagem 3D e de programação de computadores, para que as
pessoas possam desenvolver aplicações com o uso de RA. (KIRNER;
SOUZA; MOREIRA, 2012).
5 Disponível em: <http://www.ckirner.com/sacra/>. Acesso em: 16 fev. 2013
33
Figura 13 � FLARAS
Fonte: FLARAS6
e) SICARA - Sistema Complexo Aprendente: Um Ambiente de Realidade
Aumentada para Educação. O projeto SICARA desenvolvido na Universidade
Metodista de Piracicaba (UNIMEP), sob a coordenação do Prof. Dr. Cláudio
Kirner, tem como objetivo a construção de ferramentas de aprendizagem com
RA e enfatiza a integração do ambiente computacional com o tradicional.
Baseia-se na interação com os objetos tangíveis proporcionada pela RA para
desenvolver os aplicativos integrantes do sistema. O projeto SICARA previa o
desenvolvimento de aplicações de baixo custo que pudessem ser utilizadas
em diferentes ambientes educacionais. Para tanto a RA não imersiva foi
elencada como a mais indicada. Foram desenvolvidas três aplicações: LIRA;
um sistema de aprendizado em matemática chamado ARITMÉTICA ilustrado
na figura 14; e um jogo chamado "a Torre de Hanói" (KIRNER; SANTIN,
2011).
Figura 14 � SICARA
Fonte: Claudio Kirner - Aritmética7
6 Disponível em: <http://ckirner.com/flaras2/>. Acesso em: 16 fev. 2013 7 Disponível em: <http://www.ckirner.com/claudio/?PROJETOS:SICARA:Aritm%E9tica>. Acesso em: 16 fev. 2013
34
f) LIRA - Livro Interativo com Realidade Aumentada, proposto para facilitar e
motivar a leitura e compreensão dos conteúdos propostos, o LIRA, ilustrado
na figura 15 que foi inspirado no MagicBook traz uma vasta biblioteca de
objetos virtuais, para permitir que o usuário receba um maior número de
informações com o marcador impresso nas páginas do livro. (KIRNER;
SANTIN, 2011).
Figura 15 � LIRA
Fonte: Claudio Kirner - SICARA8
g) Estudo de máquinas elétricas auxiliado por técnicas de realidade virtual. A
Realidade Virtual (RV) tem sido utilizada de diversas maneiras como
ferramenta de suporte ao processo cognitivo de aprendizagem. Foi
desenvolvido, como mostra a figura 16, um ambiente educacional de RV à
distância para o ensino de motores elétricos. Conta com ricas imagens
apresentando várias peças dos motores para a investigação dos alunos e
professores, mas difere do viés deste estudo por se tratar de ambientes com
RV e não com RA. (CARDOSO; LAMOUNIER JR.; BERNARDINO JR.,
2008).
8 Disponível em: <http://www.ckirner.com/claudio/?PROJETOS:SICARA>. Acesso em: 16 fev. 2013
35
Figura 16 � Motor elétrico com RV
Fonte: Estudo de máquinas elétricas auxiliado por técnicas de realidade virtual9
h) Realidade Aumentada para Auxiliar o Aprendizado de Motor Elétrico. Com a
RA é possível integrar teoria e prática. Para ilustrar a teoria envolvida no
ensino de motores elétricos, torna-se essencial a prática didática em
laboratório. Na proposta de desenvolver um ambiente virtual de aprendizagem
foi utilizado o SACRA e marcadores de controle e inspeção, representado na
figura 17. A RA possibilitou a demonstração de componentes individuais e o
motor em movimento (COSTA JR., R. A. et. al., 2010).
Figura 17 � Motor elétrico com RA
Fonte: VII Workshop de Realidade Virtual e Aumentada10
9 Disponível em: <http://www2.fc.unesp.br/wrva/artigos/50081.pdf>. Acesso em: 01 mai. 2013 10 Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/51748153/AnaisWRVA2010>. Acesso em: 01 mai. 2013
36
i) GeoAR - livro interativo para ensino de Geometria com uso de Realidade
Aumentada proposto pela Prof.ª Fernanda Maria Villela Reis da Universidade
Federal de Itajubá - UNIFEI. É um livro interativo (figura 18) com RA que
serve como material auxiliar para o ensino e aprendizagem de tópicos de
geometria do ensino fundamental. São enfocadas as figuras geométricas:
retângulo, quadrado, triângulo, trapézio, pentágono e círculo. Existe uma
aplicação que traz exercícios sobre as figuras disponibilizadas no livro, para
que o aluno possa ser avaliado (REIS, 2010).
Figura 18 � GeoAR
Fonte: Fernanda Maria - GeoAR11
O trabalho proposto nesta tese focaliza o ensino no sentido de potencializar e
melhorar a percepção dos objetos que são visualizados e manipulados de maneira
tridimensional, na disciplina de desenho técnico. Os trabalhos analisados focalizam
um determinado conteúdo programático tendo a RA como uma tecnologia para
auxiliar o entendimento do estudo.
Convergimos no sentido de que os trabalhos se utilizam da RA como uma
ferramenta que irá mostrar objetos modelados para representar um determinado
conteúdo e no sentido de utilizá-la no apoio ao ensino, ou seja, um meio para
melhorar os processos de aprendizagem. Divergimos pelo fato de os trabalhos não
estudarem as peças no sentido de melhorar a percepção do objeto em 3D e sim,
11 Disponível em: <http://www.fernandamaria.com.br/geoar/>. Acesso em: 16 fev. 2013
37
para manipular ou utilizar os objetos para atender a atividade �fim� do estudo
proposto.
A área de RA vem crescendo e conta com uma quantidade de aplicações
significativas, em diferentes campos. No entanto, a maioria dos trabalhos publicados
enfoca aspectos de implantação e do uso da tecnologia. O número de trabalhos que
trata da avaliação da qualidade dos protótipos e produtos desenvolvidos ainda é
pequeno (DUNSER; GRASSET; BILLINGHURST, 2008).
Curso gráfico para a Engenharia é tipicamente um requisito para os
estudantes de Engenharia de todo o mundo. Além de entender e descrever
representação gráfica de objetos de Engenharia, o objetivo desses cursos é o de
proporcionar aos alunos uma compreensão da relação entre os objetos
tridimensionais (3D) e suas projeções. No entanto, na sala de aula, onde o tempo é
limitado, é muito difícil explicar geometria 3D utilizando apenas desenhos em papel
ou no quadro-negro. A RA ajuda os estudantes a entenderem melhor a relação entre
objetos 3D e suas projeções (CHEN, 2011).
A utilização de RA com fins educativos tem sido avaliada de forma intensiva
nos últimos anos e os resultados dessas avaliações mostram ganhos, em termos de
aprendizagem, superiores a outras formas de interação visando à educação
mediada por computador (CARDOSO; LAMOUNIER JR., 2009):
[...] Os estudantes trabalhando diretamente no espaço 3D podem
compreender problemas e relações espaciais melhor e mais rápido que nos métodos tradicionais (LIMA; HAGUENAUER; CUNHA, p. 91, 2006).
Os sistemas criados em RA não foram e não serão criados para substituir o
ensino tradicional ou o baseado em outras tecnologias, e sim para se somarem a
essas estratégias e metodologias utilizadas.
O ensino de Engenharia no nível superior, apesar de continuar
fundamentalmente com a estratégia professor-aluno, precisa e requer que as
tecnologias sejam utilizadas como ferramentas em certas ocasiões. Teóricos como
(KIRNER, 2006; PINHO, 2000; SILVEIRA, 2006; MEIGUINS, 1999, HAMILTON,
38
2011) entre outros, apontam como principais vantagens da utilização de técnicas de
RA para fins educacionais, os seguintes itens:
Motivação de estudantes e usuários em geral, baseada na experiência de 1ª
pessoa vivenciada pelos mesmos.
Grande capacidade de ilustrar características e processos, em relação a
outros meios multimídia.
Visualizações de detalhes de objetos.
Experimentos virtuais, na falta de recursos, ou para fins de educação virtual
interativa.
Refacção de experimentos de forma atemporal, fora do âmbito de uma aula
clássica ou tradicional.
Participação ativa de cada participante, dentro de um processo de
visualização.
Criatividade, catalisando a experimentação.
Oportunidade de comunicação para estudantes de culturas diferentes, a partir
de representações.
Habilidades computacionais e de domínio de periféricos.
Experiências de utilização de sistemas que se valem de técnicas de
Realidade Aumentada têm sido desenvolvidas e aplicadas nos mais diversos
campos de ensino, como aplicativos para matemática básica, indústria, medicina e
até simulações de circuitos integrados (CARDOSO; LAMOUNIER, 2009).
Pesquisadores estudam a adequação de materiais e estratégias didáticas,
incluindo o suporte do papel para o meio digital, ao mesmo tempo em que se
apresentam questões ao uso de interfaces baseadas em toque e gestos em
processos de aprendizagem. Isso ocorre pelo fato de existirem diferentes
paradigmas atuais para a construção de interfaces. As interfaces são as ferramentas
ou aplicativos visuais mediadores entre a aplicação e a forma com que o usuário
39
fará seu uso, mesmo que leigo em determinado sistema. As interfaces devem
possibilitar o uso cômodo do sistema, pois permitem a interação entre o usuário e o
computador (MUSTARO; SILVEIRA, 2012).
Interfaces não convencionais de RA geralmente baseadas em marcadores
tentam tornar o processo de interação mais direto e natural. Apesar de o uso de
marcadores ser discutível, sua aplicação como elemento de manipulação direta é
também uma tendência, diferente das GUIs (Graphical User Interface), bastante
utilizadas nas interfaces educacionais proporcionadas pelas aplicações gráficas de
padrão WIMP (Windows � Icons � Mouse � Pointing devices). Essas aplicações
gráficas de maneira geral, não proporcionam facilidades e possibilidades de
interação, diferentemente de aplicações com o uso da RA e seus marcadores:
[...] Quanto menor a carga cognitiva exigida do usuário na utilização de
certa interface, mais provável se torna que o mesmo seja capaz de
aprender a utilizar a interface rapidamente. Da mesma forma, quão mais
consistente for a interface no que diz respeito à correspondência visual e
funcional dos seus elementos, menor será o esforço de memorização
efetuado pelo usuário, uma vez que o uso da interface pode tornar-se uma tarefa mais intuitiva (MUSTARO; SILVEIRA, p. 27, 2012).
A interface é responsável por promover estímulos de interação para que o
usuário obtenha respostas relacionadas às suas atividades. De um lado ela funciona
como dispositivo de entrada de dados e de outro ela é responsável por enviar as
respostas aos usuários. Ou seja, o estímulo promovido fará com que o usuário
desenvolva um processo de interação que significa a execução de ações para a
realização das tarefas. Para cada ação uma nova resposta é esperada por ambos os
lados: sistema e usuário (REBELO, 2012).
RA é um bom meio para a simulação imersiva de colaboração, mas tem
diferentes pontos fortes e limitações. Dentro de um projeto de pesquisa em design
de base, pesquisadores realizaram vários estudos qualitativos de caso em duas
escolas de ensino médio e uma escola de ensino superior, no nordeste dos Estados
Unidos para documentar os pontos fortes e as limitações das simulações com RA,
levando-se em conta, a visão dos estudantes e dos professores.
Por meio de entrevistas informais e questionários formais, professores e
alunos deram depoimentos e também relataram que a tecnologia e a interação
foram altamente envolventes, especialmente entre os estudantes que tinham
40
anteriormente apresentado desafios comportamentais e acadêmicos. No entanto,
enquanto a RA se mostrou potencialmente transformadora, os desafios tecnológicos,
gerenciais e cognitivos para o ensino e a aprendizagem eram as maiores barreiras
(DUNLEAVY; DEDE; MITCHELL, 2009).
Meios de aplicação e integração entre matemática e geometria na educação
do ensino médio, bem como no nível universitário estão sendo discutidos. A
evidência apoia a afirmação de que RA é fácil de utilizar, incentiva a experimentação
e melhora as habilidades espaciais. (KAUFMANN; SCHMALSTIEG, 2003).
2.6 RA na Engenharia
Realidade Aumentada oferece soluções e benefícios em muitas áreas do
conhecimento. No campo da educação, podemos aplicar essa tecnologia para a
aprendizagem de conteúdos e para o desenvolvimento de habilidades de forma
envolvente.
Educadores nos cursos de Engenharia estão conscientes da necessidade de
habilidades de visão espacial para projeto e interpretação de desenhos e planos.
Resultados preliminares de uma validação com estudantes de Engenharia Mecânica
indicam que essa formação de Realidade Aumentada tem um impacto positivo na
aprendizagem para conteúdo de gráficos de Engenharia básica e habilidade espacial
para estudantes de primeiro ano. Um livro chamado AR-Dehaes (MARTÍN-
GUTIÉRREZ et. al., 2010) foi projetado para fornecer modelos 3D virtuais que
ajudam os alunos a realizar tarefas de visualização para promover o
desenvolvimento de sua capacidade espacial durante um curto curso de reparação.
Um estudo de validação com vinte e quatro calouros de Engenharia
Mecânica da Universidade de La Laguna (Espanha) concluiu que o treinamento teve
um impacto mensurável e positivo sobre a capacidade dos alunos. Os resultados
obtidos utilizando-se um questionário de satisfação ilustram que AR-Dehaes é
considerado fácil de usar, atraente, com técnica muito útil para os alunos. AR-
Dehaes provou ser uma ferramenta muito rentável, na medida em que é necessário
apenas um PC normal, com uma webcam para ser usado. (MARTÍN-GUTIÉRREZ,
2010).
41
Um grande desafio no campo da interação humano-computador e
especificamente de Engenharia de usabilidade, é projetar interfaces de usuário para
que as tecnologias sejam inovadoras, a fim de os usuários perceberem os sistemas
e interagirem com eles. Claramente, Realidade Aumentada é uma dessas
tecnologias emergentes (GABBARD; SWAN II, 2008).
A visualização em 3D surgiu como uma avançada ferramenta de resolução
de problemas na formação acadêmica e prática do engenheiro. Por exemplo, em
Engenharia Civil a integração de modelos de CAD (Computer Aided Design) no
processo de construção ajuda a minimizar a má interpretação dos aspectos
espaciais e temporais e das lógicas das informações de planejamento de
construção. Ainda, apesar dos progressos feitos na visualização, a falta de
habilidades de resolução de problemas colaborativos deixa desafios pendentes que
precisam ser resolvidos antes da visualização 3D. Um ambiente de trabalho
compartilhado utilizando RA caracteriza um processo de aprendizagem colaborativo
(DONG; BEHZADAN; CHEN; KAMAT, 2013).
Com base na viabilidade técnica e no interesse em RA como um quadro para
o desenvolvimento de ferramentas de visualização e interfaces humano-computador
para a Arquitetura, Engenharia e Construção Civil, um protótipo de computador com
o uso de RA pode ser desenvolvido para estabelecer os benefícios de tais
ferramentas. Os conceitos básicos da cognição espacial são apontados como
questões essenciais para explorar os pontos fortes de tais sistemas de visualização
tridimensional como a RA.
Resultados experimentais demonstram que existem benefícios de cognição
espacial ao se usar a RA como uma tarefa de detecção espacial simples que excede
o custo de cognição com a transição entre "janelas" de visualização quando o único
método de detecção é o padrão adotado pelo CAD (XIANGYU; DUNSTON, 2006).
A RA oferece um potencial significativo na construção, fabricação e outras
disciplinas da Engenharia que empregam visualização gráfica para planejar e
projetar suas operações. Como resultado da introdução de objetos do mundo real
para a visualização, modelos virtuais têm de ser utilizados para se criar uma saída
visual realista que se traduz diretamente em menos tempo e esforço necessários
42
para criar, processar, manipular, gerenciar e atualizar tridimensionalmente
conteúdos virtuais.
Em uma animação com RA, objetos virtuais e reais devem ser geridos e,
simultaneamente, criar uma ilusão visual convincente da sua convivência e
interação. Um desafio impedindo esse objetivo é o problema de oclusão incorreta
que se manifesta quando os objetos reais em uma cena de RA, parcial ou
totalmente, bloqueiam a visão de objetos virtuais (BEHZADAN; KAMAT, 2010).
Estudos de investigação na aplicação de RA na Arquitetura, Engenharia e
Construção sugeriram a sua viabilidade. Contudo, a concretização do uso da RA
exige a demonstração não só da viabilidade, mas também da validação de sua
adequação.
Muitas tarefas exercidas pela Engenharia, como layout, escavação,
posicionamento, inspeção, coordenação, supervisão e estratégias poderão ser
beneficiadas com o apoio da RA (DUNSTON; SHIN, 2008).
A adoção de RA será facilitada pela quantificável demonstração de
benefícios em tarefas com protótipos. Com estudos realizados no Laboratório de
Sistemas de Construção Avançado da Universidade de Purdue (Estados Unidos),
evidenciou-se que, embora a abordagem com RA seja menos precisa, pode
satisfazer as tolerâncias de maneira muito rápida, compensando as suas
deficiências. (DUNSTON; SHIN, 2009).
A RA, como uma ferramenta de aprendizagem visual e espacial, tem o
potencial de envolver os alunos de maneira emocionante e, ao mesmo tempo,
proporcionar a eles condições de aprender.
Azuma (2001) comenta as expectativas relacionadas com o fato de a RA
tornar-se a principal interface do usuário no século 21. Há vários pacotes de
software de RA para uso em sala de aula que podem ser "baixados" da Internet pelo
professor, com vantagens para o design gráfico e para a Engenharia. (THORNTON;
ERNST; CLARK, 2012):
43
[...] RA é uma tecnologia emergente que implica ser forte como uma
ferramenta de aprendizagem na implementação de currículos de educação
tecnológica. Há potencial para RA a ser incorporados em não somente a ciência, tecnologia, Engenharia e educação matemática, mas em todas as
disciplinas. RA pode auxiliar no projeto, permitindo aos alunos construir objetos interativos, criar modelos visuais para acompanhar problemas de matemática, e examinar os problemas de Engenharia a partir de múltiplas
perspectivas (THORNTON; ERNST; CLARK, p. 4, 2012).
2.7 Síntese
Uma vez definidos os sistemas de RA e suas utilizações no Ensino e também
na graduação no curso de Engenharia, investiga-se no capítulo 3, o ensino de
desenho técnico nos cursos de Engenharia com a utilização das TICs em certas
universidades no Brasil e também no cenário mundial.
Mostra-se a importância do desenho técnico, estudam-se como as
universidades estão disponibilizando a disciplina para seus alunos e quais
ferramentas tecnológicas estão sendo utilizadas.
44
3 O ENSINO DE DESENHO TÉCNICO NO BRASIL E NO MUNDO
3.1 O desenho técnico
Os desenhos são utilizados desde a Antiguidade como forma de
comunicação para transmissão de pensamentos e ideias. Com a evolução e o
aperfeiçoamento de técnicas, o desenho tornou-se uma importante forma de
comunicação. A figura 19, desenho encontrado nas cavernas da Noruega (6.000 a
4.500 AC), demonstra a utilização do mesmo como forma de ilustração do
comportamento humano. Já na figura 20, com uma imagem egípcia (século XIV AC),
pode-se verificar a evolução do desenho como forma de representação humana
(EBAH, 2009):
Figura 19 � Cavernas da
Noruega Figura 20 � Figura egípcia
[...] O desenho pode ser utilizado como forma de expressão gráfica ou para
registrar costumes, hábitos, técnicas e ideias (EBAH, p. 42, 2009)
3.2 O ensino de desenho técnico nos cursos de Engenharia no Brasil
Nos trabalhos que envolvem os conhecimentos tecnológicos de Engenharia, a
viabilização de boas ideias depende de cálculos, estudos econômicos, análise de
riscos, dentre outros, que são resumidos em desenhos que representam o que deve
ser executado e diagramas que mostram os resultados dos estudos realizados.
45
O processo de desenvolvimento e criação no curso de Engenharia está ligado
à expressão e representação gráfica. O desenho técnico é uma ferramenta que pode
ser utilizada não só para apresentar resultados como também para propor soluções
gráficas que podem substituir cálculos (GONÇALVES, 2010).
O ensino de desenho técnico é fundamental na formação do engenheiro,
apesar da evolução da tecnologia e dos meios disponibilizados pela computação
gráfica, pois, além do aspecto da linguagem gráfica, o desenho técnico desenvolve o
raciocínio, o senso de rigor geométrico, o espírito de iniciativa e de organização.
Assim, o aprendizado ou o exercício de qualquer modalidade de Engenharia irá
depender de uma forma ou de outra, do desenho técnico (GONÇALVES, 2010).
Em muitas escolas de Engenharia que serão analisadas neste capítulo,
implanta-se o uso do �Computer Aided Design� (CAD), uma ferramenta de trabalho
para a execução de desenho técnico utilizada em disciplinas específicas ou ainda
em cursos de extensão universitária. CAD ou desenho auxiliado por computador é o
nome genérico de programas computacionais utilizados pela Engenharia, Geologia,
Arquitetura e Design para facilitar os projetos e os desenhos técnicos.
Esses programas constituem uma série de ferramentas e aplicativos para a
construção de geometrias planas (como linhas, curvas, polígonos) ou mesmo
objetos tridimensionais (cubos, prismas, esferas, dentre outros). Também deve
haver ferramentas para relacionar esses objetos. Por exemplo: criar um
arredondamento entre duas linhas ou subtrair as formas de dois objetos
tridimensionais para obter um terceiro. Mesmo com essas ferramentas, não há uma
maior interatividade e o seu uso é relativamente difícil para os alunos regulares.
Uma divisão básica entre os softwares CAD é feita com base na capacidade
do programa de desenhar apenas em duas dimensões ou criar modelos
tridimensionais também:
[...] Os professores do Instituto de Ensino de Engenharia Paulista � Objetivo, que desde 1982 trabalham com o sistema CAD, sendo pioneiros no curso de CAD em graduação no Brasil, dizem: �o seu usuário deve
conhecer profundamente o objeto de seu trabalho que é o desenho.
Desconhecendo os fundamentos, as normas e os procedimentos técnicos
46
envolvidos na execução dos desenhos técnicos, a ferramenta tornar-se-á
ineficaz e inadequada ao usuário� (TRINDADE, p. 24-25, 2002).
O ensino de desenho técnico tem como objetivo desenvolver no estudante a
capacidade de leitura e interpretação gráfica do meio tridimensional num meio
bidimensional, que é o plano, quer seja em uma folha de papel quer na tela do
computador:
[...] A crescente informatização global vem impondo limites de tempo, cada vez menores, para a formação de mão de obra de Engenharia para um mercado tecnológico futurista do novo século. Em decorrência, vem se
observando reduções de horas aulas em diversas disciplinas tradicionais da
formação do engenheiro e um aumento delas nas áreas emergentes da
tecnologia. O ensino do desenho técnico é um exemplo marcante dessa redução de carga horária (RIBEIRO; FRANÇA; IZIDORO, p. 1, 2001).
A busca de soluções que tragam ao homem melhoria da qualidade de vida é
expressa em desafios. Alguns aspectos, no entanto, são fundamentalmente
necessários para que ele mantenha sua vida. Necessidades como abrigo, água,
alimento, energia se constituem fundamentais para a manutenção da vida. Assim, os
aquedutos e as pirâmides são exemplos de Engenharia que perduram durante
séculos e mostram a capacidade humana de vencer desafios. Aliado a essas
necessidades básicas, o homem sempre teve a ânsia da conquista. Assim, mesmo
sem educação formal em Engenharia, o homem sempre se colocou como
profissional de Engenharia, quando tomou decisões de inovar e desenvolver
conhecimentos tecnológicos (CORDEIRO et. al., 2008).
O desenvolvimento tecnológico nas últimas décadas está obrigando os
profissionais que atuam na área de educação em Engenharia a identificarem as
tendências curriculares para a formação do engenheiro atual. Alguns dos pontos de
interesse são: usar novas mídias no processo de aprendizagem; ter a iniciativa de
fazer e de realizar na prática; e haver tido oportunidade de aprender sozinho e, com
isso, exercitar a capacidade criativa. Essas tecnologias devem ser investigadas e
estudadas a fundo, para se tirar delas o maior proveito possível para a vida
profissional e também particular.
Tradicionalmente, o professor comunica-se com os alunos por meio de
suporte de papel em que o desenho técnico foi produzido. Observa os possíveis
47
erros no desenho, faz comentários e dá dicas textuais para levar o aluno a corrigir os
erros. Embora o ambiente em que desenhos de Engenharia criados apresentem
mudanças, muitos educadores ainda utilizam métodos tradicionais de orientação.
Consideramos que as desvantagens de divulgação dos erros por meio do suporte de
papel são:
O comprimento das observações escritas é limitado pela dimensão do papel.
O estudante pode se enganar com declarações abreviadas.
As dúvidas e os mal-entendidos exigem que professor e aluno estejam face a
face, a fim de se encontrar uma solução.
Com o uso da tecnologia e de computadores, ao contrário da tradicional
escrita à mão, observações e comentários tornam-se ilimitados. A quantidade de
espaço disponível para colocar detalhes sobre o desenho é infinito. Com o uso da
tecnologia, o professor pode mostrar vários exemplos para ajudar o aluno a
aprender aquilo que se espera dele (COBB JR., 2005).
No ensino fundamental e também no ensino médio, as componentes
curriculares de desenho geométrico e de desenho técnico não são obrigatórias, em
função das resoluções da reforma de ensino do Conselho Federal de Educação
(CFE). Por isso, deixam de fazer parte de provas específicas dos exames
vestibulares de determinados cursos da universidade como, por exemplo:
Engenharia, Arquitetura, Desenho Industrial entre outros (TRINDADE, 2002). Tais
resoluções trouxeram prejuízos ao ensino de desenho geométrico e de desenho
técnico para as áreas de Engenharia, afetando o rendimento desse conteúdo.
Pela pesquisa realizada na universidade por meio de entrevistas não
estruturadas com os professores e com o coordenador do curso de Engenharia de
Computação, e também pesquisas realizadas na Internet, que serão descritas a
partir do capítulo 3.3, notou-se que as escolas de Engenharia sofreram modificações
nas suas matrizes curriculares, ementas e materiais didáticos utilizados nas
disciplinas de desenho técnico, tendo que acrescentar nos seus conteúdos assuntos
que eram lecionados no ensino fundamental e médio.
48
Os alunos provenientes de cursos técnicos profissionalizantes que ingressam
na universidade possuem uma formação desejável quanto ao conteúdo de desenho
geométrico e desenho técnico. Contudo, a maioria dos estudantes traz diversos
graus de deficiência em sua expressão gráfica e visualização espacial devido a
vários fatores, como a inexistência na maior parte das escolas de ensino
fundamental e médio, do ensino de desenho técnico (BITTENCOURT; VELASCO,
1998).
Essa falta de base em desenho técnico e também em outros fundamentos
matemáticos, evidenciada nas avaliações e nos exercícios feitos pelos alunos em
várias disciplinas do curso, trouxeram resultados negativos, que comprometem a
possibilidade de se alcançar um nível de ensino mais elevado. O ensino de desenho
técnico em algumas universidades nacionais utiliza o computador como ferramenta
de apoio. Entre elas, estão: Universidade Federal de Santa Catarina, Universidade
Estadual Paulista, Universidade de São Paulo, Escola Politécnica de São Paulo,
Escola de Engenharia de São Carlos, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá,
Escola de Engenharia Mauá, Universidade Federal da Paraíba, Universidade
Federal Fluminense, Universidade Potiguar e Universidade Federal de Santa Maria.
Desenho à mão livre e esboços ainda são um importante instrumento utilizado
por engenheiros para comunicar graficamente informações técnicas. Novos
engenheiros, muitas vezes, não têm experiência para preparar esboços à mão para
comunicar, de forma eficaz, informações graficamente.
Engenheiros geralmente apreciam a importância de rapidamente prepararem
desenhos para comunicar um conceito a um cliente ou para recolher e transmitir
informações a partir de observações de campo. Com uma experiência limitada no
que se refere a desenhar, os alunos atuais não podem ver os benefícios de tais
habilidades. Daí a importância do uso assistido por computador na Educação
(ROSE, 2005).
3.3 O ensino de desenho técnico nos cursos de Engenharia no Mundo
Os recursos de Tecnologia para a utilização de gráficos normalmente são um
requisito para estudantes de Engenharia em todo o mundo. Além de compreender a
49
representação gráfica dos objetos de Engenharia, o objetivo desses recursos e
proporcionar aos alunos uma compreensão da relação entre objetos (3D)
tridimensionais e suas projeções.
A técnica com um modelo que utiliza a Realidade Aumentada (RA) ajuda os
alunos a melhor compreender a relação entre os objetos 3D e suas projeções
(CHEN, 2011):
[...] Os alunos também demonstraram maior envolvimento com o modelo de
RA durante o processo de aprendizagem. Em comparação com o uso de
imagens ortogonais, foram mais eficazes como material didático para os cursos de Engenharia (CHEN, p. 267-276, 2011).
As mudanças no setor de Engenharia têm sido provocadas por avanços na
Tecnologia da Informação. Tem-se um longo caminho desde os dias do papel no
ensino de desenho técnico. Avanços na computação podem estar multiplicando as
capacidades dos engenheiros projetistas. Então, como esses avanços se
manifestam na Engenharia mundial? Consiste fundamentalmente de uma imagem,
geralmente retrata-se um objeto em três dimensões, e algumas legendas com a
descrição crítica ou características únicas de design. Qualquer pessoa que tenha
tentado construir parte de um desenho sabe que pode haver várias maneiras de
interpretar as informações. Essas diferentes interpretações e ambiguidades podem
levar a erros de Engenharia.
A Informática tem avançado a um ritmo acelerado. Desenvolvedores de
sistemas com design têm explorado essa capacidade com sofisticados sistemas e
hoje são capazes de produzir complexos projetos com maior definição do que antes.
No mundo atual, modelagem de sólidos 3D é banal. A diferença é bastante
profunda. Uma vez que cada ponto de uma peça é modelado, o nível de
ambiguidade interpretativa e, consequentemente, de erro, tem sido impulsionado a
zero (BURGESS, 2008).
Os alunos muitas vezes têm dificuldades em resolver problemas de gráficos
de Engenharia utilizando métodos tradicionais de ensino. A aplicação de uma
técnica explícita de resolução de problemas para uso de elementos gráficos pode
50
ajudar os alunos a compreenderem a estratégia de solução. Esse método reforça os
detalhes do processo, habilitam-se os alunos a aplicarem as mesmas técnicas para
problemas mais complicados.
A heurística de resolução de problemas envolve a concepção e avaliação de
um plano de solução antes da sua aplicação. Sem esse plano de solução, os alunos
são mais propensos a correr para um design de solução mal concebido sem
qualquer pensamento preliminar significativo. A implementação de uma abordagem
de resolução de problemas para gráficos de Engenharia pode ser aplicada para
elaboração de exercícios em CAD. Resultados preliminares indicam que as
habilidades de alunos na resolução de problemas de gráficos de Engenharia
melhoraram como resultado da implementação de uma abordagem estruturada para
o desenvolvimento de um plano de solução (KIMMEL, 2004).
Visualizar peças, ou seja, interpretar os modos de exibição de um objeto, é
uma habilidade fundamental na Engenharia. No entanto, foram observadas
dificuldades e deficiências de aprendizagem entre alunos de graduação em
Engenharia. Além disso, há uma taxa de insucesso elevada nas disciplinas de
desenho técnico. A figura 21 ilustra os três problemas propostos com diferentes
graus de dificuldades, inseridos no artigo �First-year Engineering students difficulties
in visualization and drawing tasks� (GARMENDIA; GUISASOLA; SIERRA, 2007).
Figura 21 � Propostas para visualização e solução de problemas
Fonte: European Journal of Engineering Education, Jun, 2007, Vol. 32 Issue 3, p. 317.
51
Os cursos de desenho na Engenharia Civil em resumo precisam atender às
expectativas de alunos e ao interesse do professor e da disciplina. Os principais
objetivos do curso de desenho no departamento de Engenharia Civil da
Universidade de Monash (Clayton Campus) são:
Ensinar aos alunos as principais técnicas de desenho.
Habilitar os alunos a ler e transmitir os detalhes sobre esses desenhos em
informações compreensíveis e instruções.
Desenvolver as habilidades de visualização dos estudantes.
Ensiná-los a apresentar as suas ideias usando desenhos.
Esses objetivos não são incomuns, a principal inovação no ensino desse
material foi a introdução de uma abordagem de aprendizagem baseada em
problemas na avaliação progressiva (YOUNG; DALY, 1994):
[...] A maioria dos desenhos no curso de Engenharia Civil não fornecem um
equilíbrio entre técnicas de desenho para o ensino e a simplicidade
necessária na educação. Assim, os alunos são ensinados frequentemente
usando mecânica simples, objetos ou detalhes de construção. A reprodução
desses objetos usando projeções ortográficas, isométricas e outras tem sido
o principal objetivo destes cursos. Esses cursos são muitas vezes vistos
como irrelevante e chato por estudantes de Engenharia Civil (YOUNG; DALY, p. 147, 1994).
Um dos principais objetivos do desenho técnico é a preparação e a
compreensão de montagem de desenhos. Três aspectos importantes:
A interpretação da montagem dos desenhos, em termos da função de cada
elemento.
Certos elementos amplamente utilizados na indústria (parafusos, entalhes,
engrenagens, rolamentos, soldadura, etc.).
Os motivos para usar o elemento e sua forma.
52
Um dos problemas que temos de enfrentar é que, como normalmente
trabalhamos com desenhos reais, de dificuldade ou complexidade variada, a falta de
visão espacial aos alunos pode impedir sua devida compreensão do assunto. Uma
boa solução é ter à mão imagens reais ou máquinas, bem como peças que formam
os desenhos. Com esses módulos, é possível observar fisicamente como eles são e
a forma dos elementos de qualquer ponto do modo de exibição. Pode-se estudar a
forma como eles são e como as peças se encaixam e, como resultado, é possível
estudar como funciona a montagem, a fim de se alcançar uma melhor compreensão.
No entanto, dada a vasta gama de módulos usados em alguns casos, o tamanho
físico e o peso, não é possível tê-los todos disponíveis. Uma solução por
computador parece apropriada aqui (ROMERO et. al., 2007).
Grandes países desenvolvidos e/ou em desenvolvimento estão determinando
o ensino de desenho técnico nas universidades com o uso de ferramentas
tecnológicas, ou seja, com o computador como ferramenta de apoio. Exemplos
destacando a utilização das TICs para o ensino de desenho técnico serão relatados,
divulgando o que algumas universidades ao redor do mundo estão adotando para a
melhor visualização dos objetos na disciplina de desenho técnico em seus cursos.
3.3.1 Universidades dos Estados Unidos
Desde 1989, tem-se discutido no meio acadêmico a utilização do computador
e dos sistemas CAD nas universidades norte-americanas, principalmente nos cursos
de Engenharia. Há uma preocupação no sentido de introduzir o uso dessa
tecnologia nos currículos, formas para o ensino de desenho técnico buscando uma
uniformidade no currículo, para ser adotada por todas as universidades dos Estados
Unidos.
Buscando melhorar experiências que estão ocorrendo no ensino de desenho
técnico, a Escola de Engenharia Mauá analisou o currículo das seguintes
universidades americanas: Universidade de Austin, Universidade Estadual do
Arizona, Universidade de Clemson, Universidade da Georgia, Universidade de
Gonzaga, Universidade Estadual de Iowa, Universidade de Louisville, Universidade
de Purdue, Universidade de Utah, Universidade de Virginia, e Universidade de
Worcester. Por meio dessa análise, verificou-se que os cursos são divididos em
53
duas partes: na primeira, explora-se o desenvolvimento do desenho à mão livre, em
que são representados os conceitos básicos de desenho técnico e na segunda,
utiliza-se o computador com o foco na visualização espacial por parte do aluno
(TRINDADE, 2002).
3.3.2 Universidade de Coimbra - Portugal
A disciplina de desenho técnico no curso de Engenharia Civil da Faculdade de
Ciências e Tecnologia (FCTUC) é ministrada no segundo semestre, com três horas
semanais de aulas teóricas e três horas semanais de aulas práticas. As aulas
práticas são ministradas com o auxílio do computador e os alunos desenvolvem,
além do programa básico e específico de desenho técnico, projetos da área de
Engenharia Civil. A disciplina no curso de Engenharia Mecânica está distribuída no
primeiro ano do curso. No primeiro semestre, na disciplina Desenho Técnico I, o
programa consta de projeções, métodos de Monge e desenho geométrico. Já no
segundo semestre, em Desenho Técnico II, o programa consta de desenho técnico,
processos utilizados em construção mecânica, representações gráficas, cotas e
desenho de elementos mecânicos (TRINDADE, 2002).
3.3.3 Universidade de Oviedo � Espanha
Na �Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales e Ingenieros
Informáticos� a disciplina de desenho é ministrada no primeiro e segundo ciclos do
curso, fazendo parte do departamento de Construção e Engenharia de Fabricação,
na área de expressão gráfica para Engenharia.
No primeiro ciclo, os alunos aprendem a ler e interpretar projetos técnicos,
conhecer as formas geométricas, suas propriedades e suas aplicações. Isso
acontece na disciplina de desenho técnico com aulas teóricas e também práticas em
laboratório com o uso de computadores. Fazem parte da ementa da disciplina de
desenho técnico: vistas ortográficas, cortes e seções, desenho geométrico,
superfícies, tolerâncias e ajustes, soldagem, instalações de redes elétricas, sistemas
hidráulicos e pneumáticos e desenho auxiliado por computador.
54
São oferecidos aos alunos cursos de extensão universitária sobre CAD com
duração de três meses para apoiar as aulas de desenho técnico. Os cursos são
realizados por grupos de alunos, com sessões de uma hora. O curso não faz parte
da matriz curricular da disciplina e a participação do aluno é optativa.
No segundo ciclo, também com aulas teóricas e aulas práticas, é ministrada
a disciplina técnicas de representação que tem como objetivo passar as informações
para que os alunos adquiram conhecimento sobre as técnicas de desenho apoiadas
por computadores. Os alunos devem ser capazes de visualizar objetos em três
dimensões e representa-los em superfícies planas, utilizando os sistemas de
representação.
Também são ministrados cursos de extensão para apoio às práticas de
desenho por computador, em que os estudantes aprendem técnicas de desenho em
2D com programas de CAD. São realizados por grupos de alunos, com sessões de
duas horas e meia (TRINDADE, 2002).
3.3.4 Escola Universitária de Engenharia Técnica Industrial de Madrid -
Espanha
A disciplina de desenho técnico faz parte do departamento de expressão
gráfica industrial, ministrada no primeiro ciclo do curso. Tem como objetivo fazer com
que o aluno possa desenvolver as habilidades de reconhecer e analisar as formas
usuais da técnica e desenvolver a sua capacidade de visualização espacial. Consta
de representações geométricas e normalização além de laboratório de informática
para apoiar e atingir os objetivos do ensino da disciplina (TRINDADE, 2002).
3.3.5 Universidade de Quebec - Canadá
A escola de Engenharia de Québec (École de Technologie Supérieure)
apresenta no seu programa a disciplina de desenvolvimento de produtos assistido
por computador (développement de produits assisté par ordinateur). A disciplina é
ministrada com três horas de aulas teóricas e três horas de aulas práticas em
laboratório por semana e tem como objetivo fornecer aos estudantes, ferramentas
para o desenvolvimento de produtos por meio do computador. Apresenta também
55
noções relativas à metodologia de desenho utilizado para o desenvolvimento de
produtos (TRINDADE, 2002).
3.3.6 Faculdade de Engenharia de Milano - Itália
A disciplina de desenho técnico atende aos cursos de Engenharia Civil,
Engenharia Ambiental e Urbana e Engenharia de Edificação e é ministrada no
primeiro ano. A ementa da disciplina aborda os itens: desenho como meio de
representação e expressão na projeção e no relevo do objeto arquitetônico;
organismos tridimensionais; desenho geométrico; elemento de grafia e visualização;
aplicação prática do desenho espacial; método de representação da geometria
descritiva; modalidades de aplicação; a projeção perspectiva; a projeção cotada;
aplicação do método de representação do desenho de terreno; temas e problemas
relativos ao curso da área de Engenharia Civil, Engenharia de Edificação e
Engenharia Ambiental (TRINDADE, 2002).
Na tabela 1, observa-se um quadro comparativo entre as Instituições de
Ensino Superior, comunicando o ciclo onde a disciplina é ministrada, quais as
tecnologias empregadas e diferenciais utilizados pelas corporações.
56
3.4 Quadro comparativo sobre as IES com o uso de desenho técnico
Instituição de ensino País Ciclo Tecnologia Diferencial
Universidade Santa Cecília Brasil 1º Retroprojetor Material de apoio e
Recortes dos objetos
Universidade Federal de Santa Catarina
Brasil 1º Computador Ferramentas para visualização dos objetos 2D e 3D
Escola Politécnica de São Paulo
Brasil 1º CAD Visualização e
Manipulação dos objetos 3D
Escola de Engenharia de São Carlos
Brasil 1º CAD e RV Visualização e
Manipulação dos objetos 2D e 3D
Universidade de Monash Austrália 2º RV Interação com
módulos em um Ambiente Virtual
Universidades nos Estados Unidos
EUA 1º e 2º CAD e RV
Introdução de CAD no currículo formal no ensino de desenho
técnico e visualização dos objetos 3D
Universidade de Coimbra Portugal 1º e 2º CAD Projeções, métodos
de Monge e Desenho Geométrico
Universidade de Oviedo Espanha 1º e 2º CAD
Interpretação de um Projeto Técnico e conhecimento das
formas geométricas e suas propriedades
Escola Universitária de Engenharia Técnica de
Madrid Espanha 1º CAD e RV
Desenvolver capacidade de
visualização espacial
Universidade de Quebéc Canadá 1º CAD
Utilização de ferramentas para o
desenvolvimento de produtos
Faculdade de Engenharia de Milano
Itália 1º e 2º CAD e RV Visualização de
objetos e relevos arquitetônicos
Tabela 1 � Quadro sobre as IES
Nas universidades pesquisadas, o ensino de desenho técnico é oferecido nos
primeiros ciclos dos cursos de Engenharia e tem como objetivo habilitar o aluno a
visualizar os objetos representados em duas e três dimensões, determinar suas
57
características e propriedades e ainda desenvolver habilidades para o uso de
ferramentas tecnológicas para a criação e visualização dos objetos 2D e 3D.
A proposta da utilização de ferramentas computacionais no conteúdo
programático é uniforme, evidenciando a preocupação com a melhoria da qualidade
do ensino. Não foi encontrada na pesquisa a utilização dos recursos da Realidade
Aumentada como ferramenta de apoio, apesar de ser encontrada a tecnologia da
Realidade Virtual.
3.5 Necessidades das abstrações na formação do engenheiro
Os �engenheiros� gerariam novos modelos administrativos, novos processos e
capacitação tecnológica e ainda seriam gestores dos processos, sem perder de vista
as relações sistêmicas. As principais características do engenheiro seriam:
(KINDER; MORGADO; BARBOSA, 2012).
Visão sistêmica, integrada, de sistemas de operação.
Capacitação para trabalhar com as técnicas de processamento de informações,
especialmente de tratamento numérico.
Formação de tecnologias básicas - materiais e processos.
Capacitação para especificar e dialogar/negociar com empresas fornecedoras.
Habilidade para o trabalho em grupo.
Liderança e criatividade.
[...] A formação de analistas simbólicos, em geral, deve enfatizar quatro
aptidões: capacidade de abstração, raciocínio sistêmico, experimentação e
colaboração (FLEURY, p. 73-74, 2001).
As características do engenheiro desenvolvimentista seriam (KINDER;
MORGADO; BARBOSA, 2012):
58
Formação em tecnologias básicas, com ênfase em disciplinas específicas, mas
com capacidade de transitar entre áreas de produção de conhecimentos comuns.
Visão do progresso tecnológico que ocorre fora e dentro da empresa.
Capacitação para rápida absorção de conhecimento, por meio de pesquisas,
projetos, visitas e uso de consultores.
Capacitação para especificar produtos e processos de manufatura.
Outra divisão encontrada nas dissertações (BATISTA, 2003) aponta para dois
perfis profissionais do engenheiro: o primeiro, estaria ligado à concepção, à
abstração, à pesquisa e às atividades de direção, supervisão e ensino de
Engenharia e, portanto, seria chamado de engenheiro de concepção. Já o segundo
perfil, chamado de engenheiro industrial, é um profissional que estabelece a ligação
da concepção do projeto à produção. Trata-se de um engenheiro gestor qualificado
a desempenhar as atividades do setor produtivo.
3.6 Diretrizes Curriculares Nacionais (DCN) dos cursos de Engenharia
Segundo as DCN dos cursos de Engenharia, o ensino de desenho técnico
representa um cenário que necessita do uso intensivo da ciência e tecnologia e
exige profissionais altamente qualificados.
O próprio conceito de qualificação profissional vem se alterando, com a
presença cada vez maior de componentes associados às capacidades de coordenar
informações, interagir com pessoas e interpretar de maneira dinâmica a realidade.
As Instituições de Ensino no Brasil têm procurado, por meio de reformas
periódicas em seus planos de ensino e conteúdos programáticos, equacionar esses
problemas e solucioná-los de maneira adequada (BRASIL, 2001).
As preocupações desses cursos são: abordagens pedagógicas centradas no
aluno; ênfase na síntese e na transdisciplinaridade; preocupação com a valorização
do ser humano; preservação do meio ambiente; integração social e politica do
profissional; possibilidade de articulação direta com a pós-graduação; e forte
vinculação entre teoria e prática.
59
O ensino deve ser flexível, cria-se ou modifica-se de acordo com as
necessidades do aluno ou do público alvo.
Na definição de currículo, destacam-se três elementos fundamentais para o
entendimento da proposta das DCN. A exemplo da CAPES, programas de extensão
universitária, visitas técnicas, eventos científicos, além de atividades culturais,
políticas e sociais, desenvolvidas pelos alunos durante o curso de graduação, são
atividades complementares que o currículo deve ter para enfatizar experiências
extraclasses necessárias para a formação do engenheiro. Essas atividades
complementares visam a ampliar os horizontes de uma formação profissional,
proporcionando formação sociocultural mais abrangente.
A Realidade Aumentada poderá contribuir muito como ferramenta de auxílio
tecnológico para ampliar o aprendizado e motivar o aluno nos estudos, pois a
tecnologia envolvida cativa o aluno em novas experiências (TEICHRIEB, 2008).
Em segundo lugar, explicitando o conceito de processo participativo, entende-
se que o aprendizado só se consolida se o estudante desempenhar um papel ativo
de construir o seu próprio conhecimento e experiência, com orientação e
participação do professor.
Vygotsky atribuía um papel predominante às relações sociais nesse processo,
daí surgiram na Pedagogia as teorias sócio-interacionista e o sócio-construtivista
(VYGOTSKY, 1989).
Finalmente, o conceito de programa de estudos coerentemente integrado se
fundamenta na necessidade de facilitar a compreensão totalizante do conhecimento
pelo estudante. Nessa proposta de Diretrizes Curriculares, abre-se a possibilidade
de novas formas de estruturação dos cursos.
Ao lado da tradicional estrutura de disciplinas organizadas por meio de matriz
curricular, abre-se a possibilidade de utilização de experiências inovadoras de
organização curricular.
60
3.7 Análise dos resultados
Uma das preocupações em pesquisas empíricas, em especial quantitativas
organizacionais, é a definição da escala de medida apropriada para a coleta de
informações. Existem níveis ou escalas de mensuração apropriadas para
determinados níveis de análise (ALEXANDRE, 2003):
Escala nominal: classificar os dados ou ainda categorizar, como por exemplo,
identificar os motivos para determinados procedimentos e gestão da qualidade.
Escala ordinal: uma relação de grandeza ou a ordenação natural dessas
categorias, utilizada, por exemplo, para mensurar o grau de maturidade das
corporações.
Escala intervalar: possui todas as características de uma escala ordinal, mas se
conhecem as distâncias entre os números da escala.
Escala da razão: escala intervalar, contudo, com um ponto zero como origem.
A medida tem um papel importante para a comunidade. Existem testes para
medir uma série de capacidades, atitudes e aptidões dos pesquisados que fazem
representações matemáticas de objetos de estudo empíricos e fornecem um
esquema para a divulgação dessas representações discutidas na chamada �Teoria
Representacional da Medida� (CUNHA, 2007). Estão organizados os principais
resultados para representações numéricas de estruturas quali-qualitativas em
diversas áreas para a teoria de medição, ou seja, formalizam matematicamente os
resultados.
Os inquéritos ou perguntas formuladas são constituídos por várias questões
que podem estar ou não relacionadas e procuram identificar as causas de
determinadas escolhas. As escalas de atitudes geram um resultado final que indica
a intensidade do sentimento do usuário em relação a um determinado objeto de
estudo. Alguns tipos especiais de escalas estão associados aos níveis de
mensuração, como, por exemplo, escalas de Thurstone, Guttman e de Likert.
61
Na escala de Thurstone, as categorias são representadas por valores
extremos, como, por exemplo, concordam ou não com as afirmações; na de
Guttman, os itens selecionados incorporam a ideia do item anterior, o que é
característico de uma escala acumulativa. A dificuldade desse tipo de escalas reside
na sua elaboração, já que as atitudes são, muitas vezes, complexas e
inconsistentes, incompatíveis com uma escala que pretende ser unidimensional.
Na escala de Likert, as respostas para cada item variam segundo o grau de
intensidade ou concordância. Essa escala com categorias ordenadas, igualmente
espaçadas e com mesmo número de categorias em todos os itens, é largamente
utilizada em pesquisas organizacionais que investigam as práticas da �Gestão da
Qualidade Total� (ALEXANDRE, 2003).
A não inclusão da categoria central, em uma escala 0-4, pode conduzir a uma
tendência e forçar os respondentes a marcarem a direção que eles estão
�inclinados�. Incluir opção �nem concordo e nem discordo� é uma sugestão para a
construção da escala. Existem escalas de Likert com quatro a onze categorias, mas
as escalas de quatro e cinco categorias são realmente as mais populares
(ALEXANDRE, 2003).
Importa conhecer intrinsecamente as relações que se podem estabelecer
além de identificar o nível de medida de cada escala. Nesse sentido, optou-se por
uma análise dos resultados procurando investigar os sentimentos dos pesquisados
(CUNHA, 2007).
3.8 Síntese
Habilitar-se como engenheiro, com aptidões de capacidade de abstração,
colaboração (FLEURY, 2001), capacitação para trabalhar com as técnicas
informatizadas, liderança, entre outras, são características desejáveis para a
formação do engenheiro atual.
As TICs estão sendo utilizadas nas universidades no sentido de melhorar a
visualização dos objetos propostos e também, em alguns casos, na criação e
interação com os sólidos representados em 3D. A formação atual também focaliza o
62
aprendizado na utilização das ferramentas tecnológicas de apoio ao ensino de
desenho técnico.
63
4 METODOLOGIA
4.1 Pesquisa
Colocar as tecnologias a serviço da modelagem, ou melhor, usar a tecnologia
como uma forma de aprimorar a abordagem da situação atualmente vivenciada,
pode ser difícil, em função das técnicas já utilizadas e rotineiras nas aulas
tradicionais. Quando as situações reais, os computadores e a própria RA são
convidados para fazerem parte de uma sala de aula de desenho técnico, seria o foco
principal o objetivo da aula e o computador uma ferramenta para auxiliar o
processo? Os computadores e a RA podem comprometer negativamente a aula? É
possível conciliar a aula e o uso de RA com o foco no aprendizado de desenho
técnico?
Em uma pesquisa tradicional os pesquisados podem ser considerados
passivos, incapazes de analisar suas próprias situações e de procurar soluções para
seus problemas. Nesse caso, a pesquisa fica exclusivamente a cargo de
�especialistas�, pois somente esses possuiriam a capacidade de formular os
problemas e encontrar formas de resolvê-los.
Desse modo, os resultados da pesquisa ficam reservados aos pesquisadores,
e a população pesquisada não é levada a conhecer tais resultados e menos ainda a
discuti-los. Essas características explicam a pouca eficácia que podem alcançar as
medidas decididas a partir de tais pesquisas. De fato, essas medidas se deparam
com a resistência da população, que não faz questão de se engajar num projeto de
cuja elaboração ela não teve possibilidade de participar (BRANDÃO; STRECK,
2006).
Seguem perguntas que serão feitas aos alunos e aos professores, como
estudo de caso em pesquisa de campo, após a utilização do novo modelo de aula
que será proposto, com o uso da tecnologia para acompanhar os estudos.
1) O modelo proposto traz facilidades no aprendizado?
64
2) Existe um ganho de tempo na solução dos exercícios, com a apresentação da
imagem em 3D?
3) Quais os índices de aprovação na disciplina antes e depois de implantado o
novo modelo de aula?
4) O professor vê alguma vantagem na utilização desse sistema? Qual?
5) Quais os pontos fortes e fracos desse novo modelo?
A pesquisa aqui descrita teve por contexto a disciplina desenho técnico, do
curso de Engenharia de Computação de uma universidade privada do estado de
São Paulo, no caso, a Universidade Santa Cecília.
As aulas aconteciam em dois locais diferentes: na sala de aula convencional e
no laboratório de informática. Na sala, as aulas eram expositivas, com a participação
dos alunos observando os desenhos no quadro-negro, ou ainda, com o auxílio de
um retroprojetor. Posteriormente, foi utilizado o software ARToolKit para por
exemplo, mostrar as mesmas peças ou objetos visualizados no quadro-negro, mas
com uma visão computacional em 3D para dar maior ênfase à visualização e
experimentação.
4.1.1 O cenário do experimento
Procuraram-se em um primeiro instante, alguns alunos do curso de
Engenharia de Computação para que eles falassem sobre a disciplina desenho
técnico e analisassem de que forma a dinâmica da aula poderia ser trabalhada.
Esses alunos demonstraram interesse pela aula alternativa. Marcaram-se novos
encontros para que se expusessem aos demais alunos da turma, aproximadamente
oitenta, qual seria o formato da aula com a utilização da ferramenta computacional.
O formato idealizado para a aula também foi relatado para os dois
professores da disciplina e para o coordenador do curso, para estudarem a
viabilidade do projeto. Momentos da aula tradicional foram estudados durante uma
semana, para documentar a forma atual de trabalho, as atividades dos alunos e dos
professores.
65
Em outro instante, os professores foram treinados com a ferramenta
ARToolKit para se familiarizarem com a utilização e manipulação dos marcadores.
Nesse momento, observaram-se para os professores, os objetos presentes no
material de apoio dos alunos e que foram desenvolvidos para a experiência
computadorizada. Os professores se utilizaram da ferramenta de maneira cômoda,
manipularam os marcadores e interagiram com a aplicação. A principio, aprovaram o
ambiente proposto e ficaram entusiasmados com a potencialidade do projeto.
Finalmente, foi disponibilizado um laboratório com computadores, ferramenta
ARToolKit e webcam devidamente instalados. Fez-se então, uma aula para a
apresentação das imagens virtuais em três dimensões e a manipulação dos
marcadores para a percepção das peças estudadas.
Durante a aula em laboratório, vinte e um alunos estiveram presentes e
puderam participar do evento. Os dois professores também estavam presentes para
expor seus apontamentos sobre os objetos de estudo e ficavam a disposição dos
alunos quando estes faziam suas investigações com os marcadores.
Os alunos ficaram durante duas horas/aula assistindo ao professor e
paralelamente faziam suas experiências em seu micro pessoal. Repararam-se
momentos de motivação, colaboração e até mesmo competição entre eles, pois
alguns se adiantavam em visualizar mais de uma peça ao mesmo tempo e faziam
questão de mostrar ao amigo as suas experiências. Mesmo com o término do
horário, alguns não queriam encerrar as atividades. Esses procedimentos serão
relatados e analisados a partir do item 4.5.
4.2 Pesquisa participante
A pesquisa participante é um importante instrumento de trabalho na
construção do conhecimento que tem como objetivo compreender a realidade para
nela intervir e transformá-la:
[...] O pressuposto é simples: todo ser humano é em si mesmo e por si
mesmo uma fonte original e insubstituível de saber. Neste sentido, ela
oferece um repertório de experiências destinadas a superar a oposição
sujeito/objeto, pesquisador/pesquisado, conhecedor/conhecido no interior dos processos de produção coletiva do saber, visando, a seguir ações
transformadoras (BRANDÃO; STRECK, p. 38, 2006).
66
O objetivo é o de trabalhar com grupos em situações de estudo e trocar
informações para colaborar com o aprendizado do objeto em questão. O processo
de aprendizagem dos que fazem parte da pesquisa envolve o ponto de partida, o
objeto de estudo e a meta da pesquisa participante. A interação é proposta no
sentido de que o pesquisador possa participar com o grupo escolhido, a fim de
elaborar perspectivas e experimentar ações que sejam aprendidas de fato, inclusive
depois de terminado o projeto. O diálogo é o meio de comunicação mais importante
no processo de estudo e coleta de dados.
Considerando as limitações da pesquisa tradicional, a pesquisa participante
vai, ao contrário, procurar auxiliar a população envolvida a identificar por si mesma
os seus problemas, a realizar a análise crítica destes e a buscar as soluções
adequadas (BRANDÃO, 2012). Assim, a pesquisa participante enfatiza a
socialização do saber e tenta romper com um único conhecedor, por meio da
participação dos alunos envolvidos na análise e solução de problemas
(RICHARDSON, 2012):
[...] Ao lado de ser um instrumento de valor local, as experiências de
pesquisa participante ou de participação da pesquisa em atividades de
conhecimento de comunidades populares como um instrumento de trabalho pedagógico é também um esforço a mais em um processo de emancipação
muito importante (BRANDÃO, p. 7, 2012).
4.3 Modelo instrucional
O modelo instrucional prevê pouca participação do professor, mas apresenta
como base a transmissão de conteúdo e não utiliza estratégias colaborativas no
processo de aprendizagem. É, então, autoexplicativo, acompanhado de textos
explicativos, internet com testes online e ambientes que fazem o aluno aprender
com as suas atitudes. Como característica, para a troca de informações, não se
utiliza de ambientes colaborativos. (UFBA, 2007).
Engloba elementos como análise, concepção, desenvolvimento,
implementação e avaliação da aprendizagem como mostra a figura 22, e envolve a
utilização de meios de comunicação para fins de instrução e o uso de procedimentos
instrucionais. O Instructional Systems Desgin (ISD) deve ser planejado e cada um
67
dos elementos exige decisões de elaboração, pois o desempenho exigido dos
alunos como resultado e cada um dos elementos são articulados e preparados como
objetivos de aprendizado (ARAÚJO; OLIVEIRA NETO, 2010).
Figura 22 � Design instrucional
Fonte: Modelo de Design Instrucional12
4.4 Modelo pedagógico
Os modelos pedagógicos podem ser descritos como visões dos processos de
ensino e da aprendizagem e representam modelos cognitivos derivados das teorias
da aprendizagem. Assim, segundo a epistemologia, são cinco grupos referentes à
teoria da aprendizagem: comportamental, objetivismo, cognitivismo (processamento
de informação cognitiva), teorização e construtivismo:
[...] A teoria construtivista, expressa a ideia que a estrutura cognitiva não é
estática ou fechada, pois as sugestões que o conhecimento representa são
dinâmicas e constantemente evoluem e mudam, e infinitamente se justapõem (ARAÚJO; OLIVEIRA NETO, p. 72, 2010).
O aluno é visto como participante das aulas experimentais e desenvolve seu
conhecimento por meio de processos de percepção. Com esse modelo, algumas
implicações como aprendizagem situada, resolução de problemas, aprendizado
cognitivo, práticas, simulações e ambientes virtuais de aprendizagem são
disponibilizados para o aluno, promovendo, assim, o desenvolvimento do
conhecimento.
12 Disponível em: <http://eltondaniel.com/di/?cat=4>. Acesso em: 27 abr. 2013
68
Cada modelo dessa abordagem possui características que deverão estar
definidas com as estratégias educacionais e tecnologias instrucionais. Alguns
estudos (DABBAGH; BANNAN-RITLAND, 2005) buscam modelos teóricos híbridos
com a visão das tecnologias e também dos paradigmas tradicionais para compor o
conhecimento. Os autores consideram que essa estratégia trouxe qualidade e
melhorou a formação como um todo, do aluno durante os processos de ensino e
aprendizagem.
4.5 O ensino de desenho técnico hoje
Pesquisa desenvolvida em uma universidade particular que tem por missão
educar para o desenvolvimento da região metropolitana da baixada santista, por
meio da formação de profissionais críticos e analíticos, da produção de
conhecimentos e do comprometimento com a responsabilidade social. Localiza-se
no Brasil, em Santos/SP, possui vários cursos de graduação, pós-graduação lato
sensu e stricto sensu (mestrado).
Por meio de materiais de apoio elaborados, como os usados nos cursos de
Engenharia de Computação, Engenharia Mecânica e Engenharia de Produção,
retroprojetores e quadro-negro com pequenas marcas (pontos) para facilitar o
trabalho de desenho por parte dos professores, o ensino de desenho técnico vem se
desenvolvendo nos cursos de Engenharia dessa universidade, e com bons
resultados, mas que poderiam melhorar.
Hoje em dia, o processo acontece de maneira tradicional. O professor
exemplifica os projetos no quadro-negro, ministra a teoria, desenha os objetos,
projeta cortes e, por fim, solicita aos alunos que exercitem o aprendizado nos
exercícios propostos no material de apoio. É nessa hora que as dúvidas surgem.
Alguns alunos têm dificuldades para �enxergar� em tais desenhos os objetos
propostos e, com isso, há problemas para a solução dos exercícios. Nos exemplos
demonstrados a seguir, procurou-se ilustrar a dinâmica atual de sala de aula, com os
professores e suas tradicionais lousas com o conteúdo programático do dia, seguido
de imagens desenhadas em quadro-negro para exemplificar os cortes em planos e a
terceira dimensão.
69
Ainda nessa sequência, há a tentativa de melhoria por meio da utilização de
projetores de transparências para ministrar as teorias e os conceitos da aula. Nesse
procedimento tradicional, os objetivos são parcialmente alcançados, como
evidenciam os relatos dos alunos, analisados no capítulo 5.
Na figura 23, temos a lousa com a inclusão de pontos pretos para auxiliar o
professor no desenho das imagens que deseja representar. Com esses pontos
inseridos de maneira simétrica e preenchendo todo o quadro-negro, o professor
consegue desenhar suas peças de maneira que o aluno possa visualizar os objetos
e ter uma melhor noção sobre as perspectivas e os cortes, uma vez que o objeto fica
perfeitamente desenhado.
Ainda nessa metodologia, a intenção secundária é auxiliar o professor a
desenhar os objetos de maneira correta, sem erros de ângulos ou peças distorcidas.
O desenho é apresentado apesar de ainda estar no �plano� da lousa, ou seja, em
duas dimensões. Esse fator prejudica a projeção desejada para o objeto desenhado.
Figura 23 � Lousa com pontos para facilitar os desenhos
dos objetos
Na figura 24, temos o uso de retroprojetores de imagem, projetando os
objetos e a teoria ministrada em aula, em uma tela de projeção. Esse recurso de
tecnologia, apesar de ultrapassado, tem gerado comodidade para o professor e
ganho de tempo na teoria, pois o professor não necessita desenhar as peças para
explicar determinadas teorias, como perspectivas, por exemplo.
70
Figura 24 � Retroprojetor como ferramenta de auxílio à aula
Como já comentado, esses métodos funcionam e, hipoteticamente, poderiam
ser melhorados com o uso de mais recursos tecnológicos, como, por exemplo, a
Realidade Aumentada. Os professores P1 e P2, que ministram as aulas de desenho
técnico, também concordam que novos recursos poderiam ser �somados� na
intenção de melhorar os índices de aprendizado.
O material de apoio para desenho técnico do curso de Engenharia,
desenvolvido pelos professores, atende como ferramenta de trabalho, mas poderia
ser somado a um conjunto de tecnologias que, juntas, agregariam valores aos
processos de ensino e de aprendizagem da disciplina.
Alguns desenhos estão inseridos de maneira que o aluno poderá �recortar e
colar�, para modelar a peça no papel, mas em três dimensões. Está disponibilizada
no diretório acadêmico (DA) do curso de Engenharia para os alunos por um baixo
custo e ilustrada na figura 25.
71
Figura 25 � Material de apoio utilizado pelos alunos
Os professores têm, às vezes, problemas em documentar certos objetos
tridimensionais em lousas ou ainda transparências, pois as imagens seriam
representadas no plano em 2D. O tempo gasto e a própria aparência do objeto são
indicadores desvantajosos.
Outro detalhe também importante: uma vez que o objeto está desenhado na
lousa, não pode sofrer rotações ou translações nos eixos X, Y e Z, pois está
desenhado estaticamente. Isso também contribui de maneira negativa, pois o aluno
tem dificuldades de enxergar determinados detalhes que estão atrás da peça, mas
que na lousa ficam representados por linhas pontilhadas.
A figura 26 evidencia que o quadro-negro fica �poluído� com informações, ao
invés de deixar claras as perspectivas e os cortes que se pretende demonstrar.
Algumas legendas foram criadas com a intenção de mostrar o ângulo de visão do
aluno, para definir a face que se deseja estudar. São objetos desenhados com
perspectiva isométrica com várias informações para facilitar a visualização por parte
do aluno.
72
Figura 26 � Teorias sobre perspectivas e vistas
A figura 27 ilustra o desenho de uma peça com cortes com desvio, o que
dificulta a visualização da peça tridimensional, pois o quadro-negro não permite essa
visão. Nota-se, ainda, que existe uma dificuldade por parte dos alunos que estão
localizados no fundo da sala de aula em relação aos da frente, no sentido de
interpretar comodamente os desenhos inseridos na lousa.
73
Figura 27 � Cortes com desvios e planos
Em algumas páginas no material de apoio dos alunos, os objetos também são
desenhados e disponibilizados de tal maneira para o aluno criar a peça realmente. A
peça é desenhada com linhas contínuas para serem recortadas, tracejadas para
serem dobradas e com indicação para que após serem cortadas, faces possam ser
dobradas e coladas na intenção de criar o objeto real. Com essa técnica o objeto de
estudo fica pronto para o aluno fazer suas investigações e visualizações, mas se
gasta tempo com o desenvolvimento da peça.
Na imagem representada pela figura 28, fica nítida a dificuldade do professor
em mostrar as várias vistas do objeto desenhado. Para isso, ele cria nomes e
legendas nas faces que deseja demonstrar. Esse é também um fator que poderia
ser melhorado com o uso de tecnologia de RA nos ambientes de sala de aula. O
desenho mostrado pela figura 28 fica com uma aparência distorcida, pois está
representado em duas dimensões, embora seja uma peça tridimensional. É possível
imaginar a dificuldade real em se fazer uma rotação desse objeto na lousa, já que,
para isso, o desenho deveria ser feito novamente, mas com uma vista diferente.
74
Figura 28 � Perspectivas em 2D e algumas legendas
Os professores P1 e P2 têm domínio sobre a matéria e um excelente
relacionamento com os alunos, fator que também influencia no aproveitamento da
disciplina.
As salas de aulas não são numerosas, (aproximadamente 30 alunos por
turma) e estão equipadas com carteiras modeladas para um bom aprendizado. São
pequenas mesas, com uma inclinação que possibilita um certo conforto para o aluno
desempenhar seu papel de �desenhista�.
As figuras 29 e 30 ilustram as salas de aulas dos cursos de Engenharia de
Computação e de Engenharia de Produção, com os professores envolvidos na
pesquisa.
75
Figura 29 � Sala de aula tradicional 1 Figura 30 � Sala de aula tradicional 2
O professor P2 ministra o conteúdo com as tecnologias atuais, além da baixa
qualidade na infraestrutura da aula, a iluminação não está adequada. Contudo, sem
luz, o aluno não enxergaria o material para interagir com os dados do professor. A
figura 31 ilustra o professor P2 em seu desempenho de aula. Realmente, acredita-se
em resultados diferentes com o uso da RA, no mínimo na motivação para entender
os desenhos. Mesmo que tais desenhos fossem representados por computador, por
meio de programas do tipo �apresentador de slides�, como por exemplo, o �Microsoft
PowerPoint�, haveria a dinâmica de o professor apontar as observações em objetos
tridimensionais desenhados ou ilustrados em 2D.
Figura 31 � Uso do retroprojetor em aula
A imagem projetada na figura 32 ilustra bem o que acontece. Muita
informação no projetor dificulta o alvo principal de aula.
76
O objeto tridimensional é apresentado em duas dimensões e ainda de
maneira estática, o que impede ou, no mínimo, dificulta a visão espacial da peça
real. Não é possível transladar nem rotacionar, nos eixos X, Y e Z, os objetos
apresentados por retroprojetores como é o caso ou por projetores computacionais
do tipo �datashow�.
Figura 32 � Imagem gerada pelo retroprojetor
4.6 Recursos e ambientes propostos
A proposta em tese é de mostrar ambientes interativos com o uso do
ARToolKit, ferramenta fácil de ser utilizada como outras dessa natureza como o
FLARToolKit ou FLARAS. Como o propósito é de visualização dos objetos em
marcadores e não de programação do ambiente, optou-se pelo uso do ARToolKit,
onde marcadores foram colocados ao lado dos materiais de apoio para que alunos e
até mesmo professores pudessem se beneficiar das vantagens desses
procedimentos. Os marcadores foram criados com base nos próprios desenhos dos
77
exercícios propostos pelos professores, impressos e �colados� sobre um material
mais forte, como por exemplo, uma cartolina ou um papel cartão.
Alguns marcadores foram também colados em um �palito de sorvete� para
servir de haste e, assim, facilitar sua manipulação. Esse detalhe também é objeto de
estudo e investigação desta tese.
4.6.1 Recursos propostos
Os marcadores foram criados em tamanhos diferentes, alguns exemplificados
na figura 33 juntamente com o material de apoio, para uma melhor utilização por
parte do professor e aluno, usuários potenciais desse sistema. Cabe ressaltar que
podem existir pessoas que �achem� melhor utilizar marcadores maiores ou ainda
menores, dependendo do caso de uso.
Para a identificação do marcador, foi inserido na parte interna o mesmo
desenho que o aluno encontraria no material, facilitando a localização. Além disso,
no verso do marcador, encontra-se também a identificação da página do material de
apoio onde se encontra o objeto de estudo.
Todos os marcadores têm a forma de quadrado, com o desenho de uma
moldura externa ao objeto de geometria proposto.
Figura 33 � Marcadores propostos e o material de apoio
78
A haste permite uma melhor movimentação do objeto em função do marcador
escolhido. Os marcadores foram impressos e colados em tamanhos variados,
conforme mostra a figura 34, na intenção de investigar se há alguma vantagem em
utilizar determinados tamanhos. Ainda nessa imagem foi inserida uma régua com 30
cm de tamanho para melhor referenciar os marcadores impressos. Existem
marcadores com medidas de 2.0, 5.0, 6.0, 7.5 e até mesmo de 18 centímetros de
lado.
Marcadores também foram impressos em papel colorido para verificar se isso
poderia ser um fator que pudesse auxiliar o usuário na visualização da imagem
selecionada (BERGAMASCHI; SILVEIRA, 2012b).
O ARToolKit apresenta a imagem de acordo com o tamanho do marcador,
parâmetros de distância e tamanho do objeto devidamente programado. Quando o
marcador é colocado no campo de visão da webcam, um objeto devidamente
cadastrado irá aparecer sobre ele.
É necessário cuidado com a manipulação dos marcadores no sentido de não
colocar a mão sobre a borda do quadrado, pois isso irá causar oclusão do objeto
apresentado pelo ARToolKit, uma vez que a câmera não conseguirá filmar o
quadrado para ser interpretado pela aplicação. Esse fato motivou a criação dos
marcadores com a haste de manipulação.
Figura 34 � Marcadores em vários tamanhos
79
Além dos marcadores em vários tamanhos, apresentados na figura 34 e
também nas figuras 35 a 38 a seguir, desenvolveram-se também, quadros com
diversos marcadores, conforme as figuras 39 e 40. Ao se posicionar o conjunto de
marcadores ou o quadro mais próximo da câmera, todos os objetos serão
apresentados simultaneamente em 3D, servindo para consulta e comparação entre
as imagens.
Figura 35 � Marcador com 18 cm Figura 36 � Marcador com 2 cm
Figura 37 � Marcador com 5 cm Figura 38 � Marcador com 7,5 cm
Figura 39 � Quadro com marcadores Figura 40 � Utilização do quadro
80
Se um aluno possuir dificuldades de visualização do objeto desenhado na
lousa pelo professor, poderá, então, ter a mesma dificuldade em identificar o
marcador que está a sua disposição. Na intenção de verificar se um aluno com reais
dificuldades de enxergar a imagem e compará-la com o marcador que deverá ser
utilizado, desenharam-se também marcadores com todas as faces preenchidas,
como mostra a figura 41, e marcadores com apenas as arestas bem claras, como a
figura 42, destacadas nos planos dos objetos. Isso porque, supostamente, um aluno
com dificuldades de enxergar o objeto na lousa teria também a mesma dificuldade
em observar qual marcador utilizar. É por isso que há o desenho com arestas,
idêntico ao desenho que aparece em seu material impresso, além da identificação
no verso de cada marcador com o número da página do material de apoio onde ele
se encontra.
Figura 41 � Marcador com faces Figura 42 � Marcador com arestas
4.6.2 Como funciona o ARToolKit
Podem-se criar novos marcadores e novos objetos para serem inseridos no
material de apoio. Inicialmente deve-se obter uma cópia gratuita do aplicativo que
está armazenado e disponibilizado no site oficial do ARToolKit (Augmented Reality
Tool Kit), Human Interface Technology Lab (HITLab), no endereço eletrônico
<http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/download/>.
Deve-se fazer a descompactação do arquivo �baixado� em uma pasta
qualquer, por exemplo, �ARToolKit�. A figura 43, ilustra a estrutura dessas pastas.
81
Figura 43 � Estrutura de pastas do ARToolKit
O código fonte em �Microsoft Visual C++� está disponível na pasta principal.
Os códigos compilados estão na pasta �bin� e vários exemplos de utilização do
ARToolKit encontram-se na pasta �examples�. Os símbolos, placas ou, também
conhecidos, marcadores para os exemplos de utilização localizam-se na pasta
�patterns�. As outras contêm os códigos fontes de todos os módulos e rotinas do
ARToolKit.
Depois, baixar o arquivo GLUT do endereço eletrônico
<http://www.xmission.com/~nate/glut/glut-3.7.6-bin.zip>, descompactar o arquivo
�glut-3.7.6-bin.zip� e copiar �glut32.dll� para a pasta �Windows\System� e
�Windows\System32�. Para utilizar os exemplos disponibilizados pela aplicação,
acessar a pasta �patterns�, localizar e imprimir os marcadores padrão denominados
�pattHiro� (figura 44) e �pattKanji� (figura 45). Para manusear com mais segurança e
conforto, colocá-los em material mais rígido, como papelão. Sugere-se cortar o
papelão com dimensões maiores que o quadrado do marcador para poder segurar a
placa sem obstruir a moldura e sem dobrar a figura.
82
Figura 44 � Arquivo pattHiro Figura 45 � Arquivo pattKanji
Executar o arquivo �simpleVRML� que está na pasta �bin�. Fazer as
configurações que desejar para o uso da câmera e clicar no botão �OK�. Posicionar
os marcadores impressos em frente à webcam. O resultado será o descrito na figura
46.
Figura 46 � Arquivo simpleVRML e objetos em 3D
Para desenvolver outros marcadores e objetos 3D, devem-se seguir os
seguintes passos:
1. Gerar o novo marcador, a partir do arquivo �blankPatt� (figura 47) contido na
pasta �patterns�. Não usar desenhos simétricos, pois isso dificultará a detecção
de movimentos, como por exemplo, a rotação. A figura 48 ilustra um exemplo de
marcador criado pelo usuário.
83
Figura 47 � Arquivo blankPatt Figura 48 � Marcador criado
2. Executar a aplicação �mk_patt� (figura 49) contido na pasta �bin�.
Figura 49 � Arquivo mk_patt
3. Serão solicitados os parâmetros da câmera. Pressionar [enter] para o �default�.
4. Posicionar o novo marcador no campo de captura da câmera.
5. Enquadrar a câmera de vídeo e apontar diretamente para o marcador. Surgirão
bordas vermelhas e verdes em torno do marcador. Isso indica que o software
"mk_patt" encontrou o quadrado em torno do marcador que está sendo
cadastrado. O marcador deve ser movimentado até que os lados vermelhos do
quadrado estejam no topo e à esquerda do quadrado na imagem de vídeo (figura
50).
84
Figura 50 � Cadastrar marcador
Uma vez que o quadrado encontrado esteja orientado corretamente:
6. Pressionar o botão esquerdo do mouse.
7. Digitar o nome do arquivo, por exemplo, a figura 51 ilustrada com o nome
�bergamaschi�.
Figura 51 � Gravação do arquivo de imagem
8. Pressionar a tecla [Esc] para armazenar o arquivo e sair deste aplicativo.
9. Mover o arquivo criado para a pasta �bin/Data�.
85
10. Editar, por exemplo, com o aplicativo �Bloco de Notas� o arquivo
�object_data_vrml� que está na pasta �Data�.
Incrementar a quantidade de objetos virtuais e associar o �arquivo.dat� criado no
passo �sete� com o arquivo criado na geração de novos marcadores. Por
exemplo, se existem dois padrões reconhecidos, altere para três. Abaixo do último
padrão, inserir o novo para o arquivo criado, salvar e fechar esse documento.
Ilustração na figura 52.
Figura 52 � Arquivo object_data_vrml
11. Na pasta �Wrl�, há os arquivos com os objetos virtuais feitos em VRML. No
exemplo ilustrado pela figura 53, o arquivo �bergamaschi.wrl�.
86
Figura 53 � Arquivo bergamaschi.wrl
12. No arquivo �bergamaschi.dat�, ilustrado pela figura 54, encontram-se as
configurações para a demonstração do objeto virtual do arquivo
�bergamaschi.wrl�.
Figura 54 � Arquivo bergamaschi.dat
13. Para visualizar o objeto em 3D, executar o arquivo �simpleVRML�, fazer a as
configurações que desejar e clicar no botão �OK�. A figura 55 ilustra o marcador
criado pelo usuário e sua representação.
87
Figura 55 � Objeto visualizado por meio de marcador criado pelo
usuário
4.6.3 Ambientes propostos
Para uma melhor investigação, foram criadas situações de casos de uso, em
que, de formas diferentes, procurou-se passar o conteúdo programático de maneira
cômoda, diferenciada e motivadora. Para cada situação, há uma proposta de
metodologia diferenciada, foca-se localizar a melhor maneira de passar os
conteúdos, com base nas respostas dos professores e alunos. Os ambientes criados
foram os seguintes: métodos tradicionais e ambiente híbrido. Para atingir qualidade
no ensino, os professores foram treinados antes de praticarem suas aulas.
4.6.3.1 Métodos tradicionais
O professor utiliza-se apenas dos métodos tradicionais, como giz, lousa e
retroprojetor, para evidenciar a aula tradicional e conservadora. Ministra o conteúdo
e tem o retorno. Esse modelo acontece há anos e deverá ser referencial para
comparar resultados após o experimento de aula com os modelos informatizados
propostos. No curso de Engenharia de Produção encontram-se os alunos e o
88
professor P2, em sua aula tradicional de desenho técnico. As imagens desse
encontro estão evidenciadas nas figuras 56 e 57.
Figura 56 � Sala de aula tradicional Figura 57 � P2 em aula
tradicional
4.6.3.2 Ambientação do professor
Esse encontro foi importante para que os professores pudessem verificar o
uso do ambiente ARToolKit e aprendessem sobre o manuseio do sistema proposto.
Até mesmo as dificuldades em controlar os marcadores, para que ficassem sob o
foco da câmera do computador, foram experiências válidas.
Rotacionar os marcadores e transladá-los acabaram sendo uma novidade
para os dois professores, mesmo sendo experientes no assunto, mas não de
maneira técnica, informatizada. P1 e P2 têm importantes contribuições para serem
analisadas posteriormente, juntamente com a proposta metodológica.
Apenas os professores fazem uso do sistema para se ambientarem com o
computador, os marcadores e suas manipulações. Isso gera um aspecto de
treinamento. Tudo isso é novo, até mesmo para os experientes professores
envolvidos.
89
A figura 58 apresenta o professor P1 em seus experimentos e a figura 59, o
professor P2 em suas investigações e descobrimentos.
Figura 58 � P1 em treinamento Figura 59 � P2 em treinamento
Após o uso do ambiente com alguns marcadores e objetos visualizados, ou
seja, após algumas experiências, os professores preencheram questionário
respondendo às perguntas sobre a usabilidade do sistema, contendo questões
fechadas e questões abertas para serem analisadas posteriormente.
Também de maneira �não estruturada�, uma entrevista aconteceu entre os
professores e o pesquisador, na intenção de capturar informações relevantes a
esses procedimentos de ensino.
Não foram adotados questionários com escalas, pois as respostas não seriam
analisadas de maneira apenas quantitativa, com a atribuição de valores para cada
item de resposta e, sim, quali-quantitativa, com a análise e gráfico sobre cada
resposta efetuada. O trabalho não pretende apenas registrar o nível de concordância
ou discordância com uma declaração dada, mas sim observar também os motivos
que os levaram às suas respostas.
A figura 60 ilustra o professor P1 preenchendo seu questionário.
90
Figura 60 � P1 com o questionário
4.6.3.3 Ambientação de professor e alunos
Professor se utiliza do datashow e do ambiente proposto, com os alunos em
atuação como observadores. Posteriormente, os alunos, em seus equipamentos
informatizados, realizam as tarefas propostas em aula.
4.6.3.4 Ambiente híbrido
O professor, primeiro, apresenta a aula com teorias e métodos tradicionais
atuais; posteriormente, complementa a aula com o ambiente e o datashow. Nessa
segunda etapa, os alunos acompanham simultaneamente as observações do
professor, em seus equipamentos informatizados.
4.7 Proposta metodológica
Com o uso de ARToolKit e marcadores para exibir os objetos propostos em
aula, certamente tem-se um ambiente mais interativo. Para cada teste, foram criados
marcadores e imagens em três dimensões que facilitaram a visualização dos objetos
propostos nos exercícios. Os recursos foram disponibilizados em dois ambientes.
Primeiro, no microcomputador do professor, onde estava instalado o
ARToolKit, uma webcam voltada para os marcadores pré-definidos e a saída de
91
monitor conectada a um aparelho de datashow sendo visualizado por todos os
integrantes da sala de aula. Nesse experimento, o professor fazia inferências,
imediatamente percebidas pelos alunos, inclusive com imersão e interação do
professor, mudando ângulos, distâncias, dimensões dos objetos, translação e
rotação dos mesmos nos eixos X, Y e Z, ou seja, no espaço amostral R3.
Um laboratório de informática com 20 microcomputadores e um datashow
foram utilizados pelos professores para mostrar aos alunos as imagens geradas pelo
ambiente. Posteriormente, as imagens também foram testadas nos computadores
dos alunos com as suas próprias câmeras.
Mostrou-se o ambiente e explicou-se rapidamente aos alunos o seu
funcionamento para que todos pudessem fazer uso dele sem maiores problemas. Os
professores P1 e P2 haviam sido treinados e utilizado o ambiente anteriormente.
Foram observadas a câmera, os marcadores e as possíveis movimentações
desses marcadores para que fossem captados pela câmera e mostrados no
datashow. Tudo isso aconteceu de maneira muito rápida, devido à grande
experiência do professor com o ambiente proposto.
O professor P1, como ilustra a figura 61, utilizou o ambiente fazendo suas
observações e as apresentou em um monitor de vídeo e um projetor datashow para
mostrar aos alunos as várias formas de visualização. Foram feitas muitas
observações sobre a imagem projetada, inclusive sobre as vistas laterais e frontais.
Os alunos ficaram, nesse instante, apenas observando o professor, atentos
aos vários planos de imagens mostrados por ele. As figuras 62 a 64 mostram os
alunos do curso de Engenharia de Computação atentos às observações do
professor para a imagem �in loco�.
92
Figura 61 � P1 com o sistema Figura 62 � Aula em laboratório 1
Figura 63 � Aula em laboratório 2 Figura 64 � Aula em laboratório 3
Em um segundo instante, os recursos foram instalados em um computador ao
qual o aluno tinha acesso e onde fazia as suas próprias investigações quanto à
melhor visualização do objeto e sua compreensão.
Foram instaladas as câmeras em alguns computadores do laboratório e
alunos foram submetidos a uma nova forma de aprendizado. Dessa vez, o próprio
aluno fazia as movimentações sobre as imagens referentes ao capítulo ou teoria
proposta. Nos dois casos, ficaram evidenciados vários aspectos vantajosos no uso
desses recursos tecnológicos, como por exemplo:
a) Maior motivação por parte de todos os envolvidos, professores e alunos, pois
a tecnologia agrega valores de imersão e interatividade, que os usuários não
estão habituados com o ensino tradicional. Em outras palavras, possibilita-se
ao aluno participar do experimento como um ator, criando os movimentos que
lhe permitem uma visualização mais cômoda do objeto.
93
b) Relatos de usuários alunos com frases como: �Agora sim. Entendi.�. Um
exemplo interessante, já que a ferramenta apenas �agrega� valores a todo o
processo de ensino, justificando e até mesmo viabilizando tais procedimentos.
c) Por ser de fácil manuseio e proporcionar resultados em tempo real, os alunos
gostaram de imediato da estratégia utilizada no ensino. Os recursos
envolvidos como a webcam, o navegador e o próprio �plug-in� são totalmente
gratuitos e utilizados por grande parte dos estudantes nos dias de hoje. Isso
significa que o treinamento para operar as ferramentas não onera os custos
nem inviabiliza o projeto.
d) Algumas vistas e suas �arestas� não eram visualizadas em função do ângulo
de visão desenhado em 2D; já no ambiente 3D esse problema foi totalmente
resolvido, uma vez que o aluno poderia rotacionar a peça para ter a visão de
outros planos.
e) Ainda como vantagem, se o material sofrer alterações em seus desenhos e
objetos, os marcadores poderão ser facilmente reutilizados, bastando o novo
desenho ser cadastrado sobrepondo o anterior, se assim o professor desejar.
Esses procedimentos são realizados de maneira muito rápida e cômoda para
o professor.
As figuras 65 e 66 mostram alguns alunos em seus experimentos e suas
investigações sobre a projeção da peça.
Figura 65 � Alunos interagindo com o
sistema
Figura 66 � Alunos experimentando o
sistema
94
Em um terceiro momento, os alunos ficaram livres, ou mais à vontade, para
as suas investigações e observações.
Os professores P1 e P2 ficaram no laboratório, atendendo a eventuais
chamadas para realizarem explicações mais particulares ou mais detalhadas para
cada perfil de aluno.
As figuras 67 e 68 mostram os professores auxiliando determinados alunos.
Figura 67 � P1 e o aluno Figura 68 � P2 e o aluno
Nesse instante, muitas observações foram feitas por parte dos alunos, entre
eles e os professores e mesmo entre eles próprios. Inicia-se uma reformulação dos
critérios seletivos para determinar quais problemas são de caráter científico ou se
eles se encontram dentro do campo metodológico.
Introduz-se um novo fator de complexidade, uma vez que determinar os
problemas científicos a partir de sua relevância social implica tornar a disciplina
partícipe dos problemas coletivos mais críticos da atualidade (BRANDÃO; STRECK,
2006).
A dinâmica da aula mostrou outras ricas evidências, tornando o aprendizado
mais motivador e até mesmo, em alguns casos, competitivo, pois alguns alunos
queriam visualizar certos aspectos antes de outros e com maior velocidade no
manuseio do marcador. Muitos comentaram as características de determinadas
peças, quando giravam o marcador e, com isso, observavam os detalhes que
estavam �escondidos� da vista frontal.
95
Após certas observações dos alunos e professores, o professor P2 usou o
computador para criar um resumo das experiências e fazer apontamentos e
conclusões finais sobre alguns aspectos das figuras propostas. Nesse instante, o
professor utilizou o sistema e o datashow e fez suas observações, sob o olhar atento
dos alunos.
A figura 69 evidencia o professor P2 no uso do ambiente.
Figura 69 � Professor P2 e suas conclusões
Como, após as observações dos professores, os alunos continuavam
motivados, foram liberados para fazer uso do projeto conforme suas próprias
vontades, livres de quaisquer procedimentos de investigação. Nesse instante, muitos
alunos acessaram, de maneira coletiva, mais de uma figura, ou seja, mais de um
aluno, cada um com seu marcador no mesmo ambiente, pôde trocar suas visões e
experiências. A discussão entre os alunos também é relevante nesse aprendizado,
pois, além das várias visões, há, ainda, mais de uma opinião sobre o objeto visto e
comparado.
Outros optaram pelo uso do quadro de marcadores para verificar possíveis
novidades. O quadro serve ainda para que o aluno possa comparar determinadas
peças e suas vistas para que possa investigar vistas �parecidas� e tirar com isso
96
algumas conclusões relevantes para seus estudos. As figuras 70 e 71 mostram o
episódio.
Figura 70 � Alunos compartilhando
suas observações
Figura 71 � Aluno e o quadro com
vários objetos para comparações
4.8 Síntese
De maneira vantajosa a estratégia trouxe resultados motivadores para a aula,
pois para muitos, tudo era novidade e, mesmo após algum tempo, não foi detectada
a saturação da metodologia. Os alunos e até mesmo os professores pareciam estar
empolgados, fazendo experiências e trocando informações sobre os objetos
visualizados. Como são muitos objetos e marcadores, cada aula acaba sendo
novidade no sentido de visualizar algo diferente, com detalhes também diferentes.
Nesse sentido acredita-se que a saturação poderá ocorrer após algum tempo, mas
não de maneira significativa para gerar a desmotivação pela aula.
Os professores conseguiram mostrar os objetos em seus marcadores,
realizando as operações de rotação e translação, para que os alunos pudessem
observar detalhes da peça que estavam modeladas na parte de trás do objeto. Em
comparação com a aula tradicional, era impossível realizar isso.
Para citar desvantagens, fazendo uma análise crítica, as aulas de desenho
técnico seriam ministradas em laboratórios contendo microcomputadores com as
ferramentas tecnológicas instaladas, ao invés das salas tradicionais. Para resolver
esse detalhe poderiam ser adotados modelos metodológicos �híbridos�: algumas
aulas seriam tradicionais; outras usariam essas tecnologias.
97
Outro aspecto negativo seria que o aluno deveria instalar tais ferramentas em
seu microcomputador pessoal para estudar em casa, por exemplo. Minimizando
esse aspecto negativo, existem tutoriais para a instalação dessas ferramentas para
a utilização de RA voltadas para usuários não técnicos ou leigos no assunto.
No próximo capítulo, será feita uma análise qualitativa e quantitativa dos
dados, observando as respostas dos alunos e professores. Há o cuidado de não
tornar as perguntas tendenciosas para se atingir um resultado favorável.
98
5 ANÁLISE DA APLICAÇÃO
5.1 Um estudo sobre a dinâmica da aula
Tanto os alunos como os professores demonstraram estar motivados com a
metodologia. Relatos evidenciam a melhoria nos procedimentos de ensino e de
aprendizagem dos conteúdos envolvidos.
Por se tratar de uma nova metodologia, algumas dificuldades foram
encontradas no sentido de utilizar as ferramentas de maneira cômoda e prática, para
extrair o máximo da aula. Isso significa que alguns alunos acharam tão fascinante o
uso das tecnologias que as evidenciaram e acabaram colocando-as em primeiro
plano ou foco de aula, ao invés do desenho técnico em si, que é o verdadeiro
conteúdo de aula.
No final da aula os alunos e professores preencheram um questionário para
relatarem suas vivências, observações, críticas e sugestões sobre a aplicação da
RA como ferramenta de apoio ao ensino de desenho técnico.
Motivação, interação, compromisso, compartilhamento de informações e
novos aprendizados foram aspectos demonstrados com a utilização de RA,
conforme respostas no questionário de avaliação disponibilizado aos alunos e
professores envolvidos.
O �anexo A� evidencia o modelo do questionário que foi utilizado pelos alunos,
para responder a questões sobre a aula de desenho técnico do curso de Engenharia
de Computação com o uso de tecnologia e Realidade Aumentada. As figuras 72 e
73 mostram alguns alunos no preenchimento do questionário.
99
Figura 72 � Questionário 1 Figura 73 � Questionário 2
5.2 Uma análise sobre os depoimentos e relatos dos professores
Com a finalidade de servir como base de estudos, os professores deram a
sua contribuição sobre os procedimentos adotados com alguns depoimentos sob a
forma de entrevista e também com o preenchimento de questionário. A entrevista
com modelo não estruturada, abordou assuntos sobre os procedimentos e a
usabilidade da ferramenta tecnológica para auxiliar a aula. Os professores se
mostraram satisfeitos com a metodologia proposta e relataram a facilidade de
aprender a utilizar o ambiente.
Segundo os professores P1 e P2, �o projeto atual com o uso de RA, trouxe
melhorias significativas no entendimento de Geometria Espacial e Desenho
Técnico�. Os objetos apresentados em 3D facilitaram a visualização das peças em
suas várias faces. Sobre o uso de RA, os professores declararam a facilidade em se
aprender a utilizar o ambiente. Comentou-se, também, a facilidade de instalação do
ARToolKit e da confecção e impressão dos marcadores. A interatividade ficou
evidenciada nos questionários respondidos pelos professores. Muitos acharam o
sistema amigável em função das facilidades encontradas. O modelo do questionário
encontra-se no �anexo B�.
O fato de os marcadores serem fisicamente diferentes também facilitou sua
usabilidade. Conclui-se que, sem dúvida, as perspectivas mostradas ficaram muito
mais claras com o uso da RA. Se fosse possível escolher qual metodologia
poderiam usar, estariam dispostos a investir no ambiente tecnológico. Segundo um
dos professores, �RA facilita demais o aprendizado�. Outro professor comentou que
100
utilizaria as duas metodologias, �... primeiramente a tradicional, buscando no aluno
mais visão espacial, depois o projeto com RA, para a ratificação do aprendizado�. Na
opinião dos professores, as vantagens são a melhor interpretação e visualização dos
objetos propostos e, como desvantagem, um deles cita a limitação do espaço de
leitura da peça em função da webcam.
Posteriormente a essa análise, utilizando um questionário elaborado com
escala de Likert, cujo modelo se encontra no �anexo D�, seis afirmações foram
realizadas para o professor analisar e responder com um determinado valor de
escala que representasse mais o seu grau de concordância. A cotação da escala é
calculada pela média aritmética das respostas dadas, invertendo para o item 4 do
questionário e esse detalhe é comunicado no próprio documento de pesquisa.
Valores elevados (maiores que 4) indicam atitudes muito modernas e valores
baixos (inferiores a 2) indicam atitudes conservadoras para o ensino de desenho
técnico. Os valores representados na tabela 2 foram gerados de acordo com o grau
de concordância.
Grau de concordância Valor
Concordo totalmente 5
Concordo 4
Nem concordo nem discordo 3
Discordo 2
Discordo totalmente 1
Tabela 2 � Grau de concordância
A lista das frases descritas na tabela 3 contém opiniões claramente positivas
ou negativas em relação ao tema que se quer investigar.
101
Item Frase
1 A metodologia anterior ao projeto com RA atendia às necessidades para a disciplina
2 O projeto atual com RA trouxe melhorias significativas para explicar o conteúdo de
desenho técnico.
3 Os objetos apresentados em três dimensões facilitaram a visualização.
4 Usar o sistema de RA proposto é difícil.
5 Os alunos ficaram mais interessados pela aula.
6 A rotação do objeto criou um diferencial significativo para a visualização do objeto.
Tabela 3 � Frases para a escala de Likert
Em relação às frases, as respostas dos professores foram analisadas já com
o item 4 invertido. Os professores ficaram com a média aritmética acima de 4 pontos
na escala, representando valores elevados e portanto, atitudes modernas para o
ensino de desenho técnico. O professor P1 teve média final 4,50 e o professor P2,
4,67. O gráfico 1 identifica os graus de concordância de cada um dos professores
para as seis frases. Os professores serão identificados pelas legendas P1 e P2.
Gráfico 1 � Graus de concordância
102
Nota-se que as respostas dos dois professores foram muito parecidas e que
estão satisfeitos com a técnica de ensino empregada. Concordam que a RA trouxe
melhorias nos processo de ensino para a disciplina. Os professores P1 e P2
responderam ao questionário com escala de Likert, conforme demonstrado nas
figuras 74 e 75.
Figura 74 � P1 com o
questionário (Likert)
Figura 75 � P2 com o
questionário (Likert)
5.3 Uma análise sobre as respostas dos alunos
Os 21 alunos do curso de Engenharia de Computação foram convidados a
preencher o questionário da pesquisa, com as suas opiniões sobre a metodologia de
ensino, logo após o encerramento das atividades de desenho técnico. Comentou-se,
apenas para reforçar, que as opiniões deveriam ser particulares, para que se
pudesse ter o devido valor de pesquisa individual. Os alunos responderam com
naturalidade e sem qualquer tipo de reclamação, mesmo sendo um questionário
com dez perguntas, sendo seis fechadas e quatro abertas.
Fez-se uma análise de todas as respostas dos alunos e procurou-se extrair
um resultado real, sem tendências ou qualquer tipo de indução. Cada uma das
perguntas foi analisada individualmente e, posteriormente, na conclusão do projeto
no capítulo 6, outras questões coletivas serão colocadas.
103
Perguntou-se aos alunos se eles entendiam a matéria com a metodologia
utilizada anteriormente ao projeto com RA, para verificar o quanto eles estariam
satisfeitos com os recursos atuais. Os dados estão apresentados no gráfico 2 que
mostra os resultados da pesquisa referente à metodologia utilizada antes do projeto.
A grande maioria dos alunos ficou entre duas respostas: �satisfação� e �facilidade�.
Muitos alunos, metade dos pesquisados, estavam satisfeitos com a
metodologia tradicional que agregava valores e conhecimentos de desenho técnico;
já outros alunos, também em grande número, declararam que entendiam com
facilidade o assunto ministrado com a metodologia tradicional (giz, quadro-negro,
projetor, material de apoio e apontamentos do professor). Um pequeno número de
alunos declarou que pouco entendia sobre a matéria com os critérios tradicionais.
Nenhum aluno declarou que não entendia a matéria. Isso significa que a grande
maioria dos alunos estava de fato satisfeita com os métodos tradicionais no sentido
de entender os conteúdos ministrados pelos professores, mesmo com recursos
tradicionais.
Gráfico 2 � A metodologia anterior ao projeto e o entendimento da matéria
Com o objetivo de saber se o projeto traria algum beneficio ao aluno,
perguntou-se sobre o entendimento de GE no ensino de desenho técnico, mas
dessa vez, utilizando os recursos da RA. Das quatro respostas possíveis, nenhum
aluno declarou que não houve mudanças ou ainda que não conseguisse utilizar o
ambiente proposto. Esse é um dado excelente, para incentivar o uso dessa
tecnologia na disciplina para somar com as tradicionais ferramentas de ensino.
104
Todos os alunos pesquisados se colocaram de maneira positiva ao uso da RA no
ensino de GE. A grande maioria que utilizou o ambiente declarou que o projeto
melhorou o seu entendimento sobre GE e desenho técnico e a outra parte disse que
estava satisfeito com esse novo modelo de aula. Um dado importante é que nenhum
aluno se colocou de maneira contrária ao uso do ambiente. Todos acharam que a
RA melhorou sua maneira de entender a disciplina, como demonstra o gráfico 3.
Gráfico 3 � O projeto com RA e melhorias
Fazendo um cruzamento das informações obtidas nos gráficos 2 e 3, reparou-
se que todos os alunos que declararam (representado no gráfico 2) que entendiam a
disciplina de maneira parcial, também declararam que com o projeto com RA houve
melhorias no aprendizado (representado no gráfico 3). Dos dez alunos que se
declaram satisfeitos no gráfico 2, metade deles também afirmaram que houve
melhoria, já a outra metade se mantinha como satisfeita. Outro dado para esta
análise, é que dos sete alunos que relataram que entendiam a matéria com
facilidade (representado no gráfico 2), quatro deles também declararam que houve
melhoria. O gráfico 4, demonstra o julgamento dos alunos sobre a melhoria para
entender o conteúdo de GE.
105
Gráfico 4 � Melhoria no ensino de GE
Perguntou-se se os objetos apresentados em 3D facilitariam a visualização da
peça de maneira mais cômoda. As respostas relatando que não havia mudanças na
visualização ou ainda que a dificultasse, não foram respondidas por qualquer aluno.
Isso revela que, realmente, a visualização foi apresentada sem a dificuldade por
parte dos alunos de identificarem os objetos. Houve uma minoria de alunos, que não
reconheceram melhorias significativas na visualização, porém um enorme número
de alunos, quase a totalidade (dados apontados no gráfico 5), respondeu que houve
mudanças no sentido de que o sistema melhorava muito a visualização. Isso
significa que a visualização das figuras melhorou de fato com os objetos sendo
apresentados em três dimensões em relação aos métodos e técnicas tradicionais
até então utilizadas. Todos acharam que os objetos apresentados em três
dimensões facilitaram o seu entendimento, melhorando a visualização da peça.
106
Gráfico 5 � Objetos apresentados em 3D e sua visualização
Com o objetivo de investigar a usabilidade do sistema proposto, perguntou-se
se o aluno considerava trabalhosa ou se era fácil para ele a utilização do sistema
com RA, pois havia uma novidade, o uso dos marcadores. Nenhum aluno respondeu
que o sistema de RA era difícil ou ainda que não o conseguia utilizar. Isso revela que
todos conseguiram utilizar o ambiente e que a dificuldade não é relevante a ponto de
se tornar difícil de fato.
Um único aluno de todos os presentes respondeu que o sistema era
trabalhoso e a imensa maioria concordou que havia facilidade em se usar o sistema
de RA proposto. O fato de um aluno haver julgado trabalhoso evidencia que nem
todos estão familiarizados e que têm facilidades em lidar com os recursos
computacionais.
Colocar o marcador sendo visualizado pela câmera e com um ângulo
favorável pode se tornar uma tarefa difícil em algum caso. A identificação do
marcador é outro fator que pode contribuir para observações negativas sobre a RA
proposta. A grande maioria aparenta não ter problemas dessa natureza. O conjunto
de respostas garante que esses estudantes têm facilidades com o uso de
tecnologias, mesmo desconhecidas. Os dados estão representados no gráfico 6.
107
Gráfico 6 � O sistema de RA proposto
Representado no gráfico 5, tem-se a evidência de que dezenove alunos
julgaram que os objetos apresentados em três dimensões facilitaram a sua
visualização. Posteriormente, dezoito desses julgaram o sistema com RA fácil de ser
utilizado. Um aluno relatou que o sistema era trabalhoso, representado no gráfico 6.
Dois alunos julgaram que o procedimento de visualização, melhorou parcialmente
(representado no gráfico 5), mas que também relataram que o sistema proposto com
RA era de fácil utilização. O gráfico 7, demonstra o cruzamento desses dados, para
uma análise sobre a facilidade em se usar a RA.
Gráfico 7 � Facilidade em se usar RA
108
Com relação à tecnologia (software e hardware) envolvida no uso do
ambiente, nenhum aluno se mostrou indiferente nem mesmo julgou complicada essa
tecnologia. Todos os presentes se dividiram entre as respostas afirmando que o
sistema era amigável ou interativo. Se um usuário não possui uma prévia
experiência com o ambiente e mesmo assim consegue extrair seus resultados,
podemos considerar um ambiente ou aplicação amigável (BARBOSA, 2010).
O adjetivo �interativo� vem sendo utilizado de maneira crescente em nosso dia
a dia, com os computadores e periféricos, brinquedos, eletrodomésticos, entre
outros. Quando o funcionamento do ambiente permite ao usuário algum nível de
participação, de troca de ações e de controle sobre eventos e acontecimentos, diz-
se, então, que o ambiente é interativo (SILVA, 2013).
Em metade dos casos, os alunos responderam que o sistema era amigável e
os demais acharam que a tecnologia envolvida no uso do ambiente era interativa,
como demonstra o gráfico 8.
O aluno estava sempre fazendo algum movimento com o marcador para obter
respostas diferentes do ambiente, ou seja, interagia com o mundo virtual e
visualizava suas experiências em tempo real, o que é excelente para os
procedimentos de ensino e de aprendizagem.
Gráfico 8 � A tecnologia envolvida
109
Quase a totalidade dos alunos respondeu que os cortes ou perspectivas se
tornaram mais claros para a sua realização. Uma minoria respondeu que não havia
diferenças e ninguém respondeu sobre dificuldades para a visualização da peça.
Isso aponta que grande parte dos alunos acredita que o ambiente deixa os cortes e
as perspectivas mais claros para uma melhor observação e investigação e que a
tecnologia não atrapalha o objetivo da aula, servindo como ferramenta importante
para a visualização das peças. Esses dados estão demonstrados no gráfico 9.
Gráfico 9 � Perspectivas evidentes
Dos dez alunos que julgaram amigável a tecnologia envolvida no uso de RA,
todos também relataram que as perspectivas ficaram mais claras. Isso também
aconteceu com nove alunos (total de onze representado no gráfico 8), que julgaram
a tecnologia interativa. Dois dos onze alunos que relataram que a tecnologia era
interativa, julgaram não haver diferenças nas perspectivas realizadas. Esses dados
estão evidenciados no gráfico 10.
110
Gráfico 10 � Melhor percepção dos objetos
De maneira geral, os dados representados no gráfico 11 demonstram que os
alunos ficaram satisfeitos com a utilização do ambiente computacional com RA. Os
relatos são positivos no sentido de caracterizar o sistema como sendo: de fácil
utilização, fácil entendimento, melhor percepção dos objetos em 3D, amigável e
também interativo.
Gráfico 11 � Questionário geral
111
As quatro questões seguintes foram abertas, isto é, o aluno respondia o que
pensava, sem um processo de múltipla escolha. Em linhas gerais, as respostas
também convergiram para o bom uso das tecnologias e do ambiente para as aulas
de desenho técnico.
Os alunos, de maneira geral, acreditam que o uso da RA no ensino de
desenho técnico e Geometria Espacial, com enfoque de visualização tridimensional
dos objetos propostos, realmente auxilia na identificação da peça com mais
comodidade e velocidade.
A interatividade também esteve presente nas respostas e observações dos
alunos, que perceberam que devem participar do sistema para obter alguma
resposta significativa.
Perguntou-se, também, se o aluno pudesse escolher uma das estratégias de
ensino, qual seria e como justificaria a escolha. De maneira geral, todos aprovaram
a utilização do ambiente com uma série de observações importantes, entre elas,
segundo as respostas dos próprios alunos:
�Utilizaria RA, porque conseguiria ver a peça como um todo, em 3D�.
�Usaria a RA, pois com ela eu teria uma melhor visualização�.
�O método em RA, pois facilita a visão das faces da figura�.
�A RA, pois além de ver o objeto, podemos interagir com ele�.
�Realidade Aumentada, por causa da facilidade de visualização�.
�RA, pois ajuda a visualização 3D, assim ajudando no aprendizado de vistas�.
�RA, pois facilita a visualização nos cortes e nas perspectivas�.
�Com o software, pois além de ser mais interativo, facilita bastante a
compreensão e agiliza a aula�.
�A metodologia RA por ser mais prática e fácil�.
�Com RA, pois é fácil, interativo e de fácil visualização�.
112
�Por RA, pela facilidade de manipulação�.
�As duas, pois não se pode abandonar nenhuma, quando as duas são de
extrema importância para o aprendizado. Uma complementa a outra�.
Muitas respostas convergiram para o mesmo sentido e em linhas gerais, os
alunos aprovaram a utilização da RA para o ensino de desenho técnico por vários
motivos, mas os principais foram visualização e interatividade.
Há alunos que comentaram sobre a agilidade da aula, pois o ambiente
facilitou bastante a compreensão e com isso ganhou-se tempo de aula, no sentido
de entender a matéria e perceber a figura desejada.
Outros alunos comentaram sobre a manipulação, em função dos marcadores
e do seu manuseio. Interessante também a postura de poucos alunos, que
observaram que essa tecnologia não substituiu a anterior, e, sim, veio para somar no
processo de ensino e contribuir com o aprendizado. Segundo um aluno, �Uma
complementa a outra�, deixando clara sua expectativa de que as duas metodologias
devem existir no ensino de desenho técnico.
Evidenciou-se que todos os alunos e também os professores aprovam o uso
de RA como ferramenta para auxiliar as aulas de desenho técnico, por vários
motivos, entre eles a visualização, a interatividade e também a novidade.
Gráfico 12 � Técnica para aprendizagem
113
Ver um profissional ou um professor manipular os marcadores é importante
para a aula, mas pretendia-se saber a opinião do aluno quando também manipulava
os marcadores, no sentido de evidenciar possíveis problemas com o uso do sistema.
Todas as respostas foram positivas, no sentido de evidenciar diferenças quando os
próprios alunos manipularam os marcadores em vez de simplesmente ver o
professor utilizando o ambiente. Isso significa que todos preferem usar o ambiente e
interagir ao invés de ficar olhando para o projetor e ver o professor fazer uso da
tecnologia. Algumas respostas trouxeram comentários que, basicamente,
evidenciam que a utilização da tecnologia facilita o entendimento e o aprendizado.
Entre as respostas, estão:
�Sim, o projeto de RA facilita a visualização das peças�.
�Gerou melhorias, pois vemos as peças em todas as opções possíveis�.
�Sim, possibilidade de melhor entendimento e visualização do objeto�.
�Sim, eu que escolho a face que desejo visualizar e tirar as minhas dúvidas�.
�Sim, interagindo com o sistema, posso compreender melhor�.
�Sim, pois há uma maior interatividade�.
�Sim, pois eu mesmo tirei minhas dúvidas�.
�Sim, podemos ver linhas que no desenho no plano são difíceis de serem
visualizadas�.
�Sim, pois mostrou algumas partes difíceis de serem enxergadas sem a RA�.
�Sim, para melhor�.
�Sim, ficaram mais claras as perspectivas das peças�.
Novamente interatividade e visualização foram importantes para esse
conjunto de respostas. Alguns alunos enfatizaram o fato de visualizar determinadas
arestas em 3D pelo ambiente proposto, o que seria impossível com o material
114
impresso, pois as perspectivas desenhadas no papel não podem ser rotacionadas
em tempo real.
Com a manipulação dos marcadores, os alunos podem decidir, sob seu
julgamento, qual vista desejam investigar: frontal, lateral ou ainda em planta. Isso
representa um ganho no processo, uma vez que dúvidas poderiam ser solucionadas
em tempo real com uma animação tridimensional, fator também motivador.
Gráfico 13 � Manipulação dos marcadores
A interação do aluno com o sistema poderia ser um fator motivador e
significativo para o entendimento da matéria, por isso, perguntou-se sobre a
interatividade do ambiente proposto. Ninguém achou o contrário, isto é, todos os
alunos responderam que a interação ajudou a entender melhor. A grande maioria
dos alunos respondeu apenas que a interação os ajudou a entender melhor o
assunto, já outros fizeram alguns comentários, também positivos, entre eles:
�Com certeza, pois podemos visualizar as várias vistas possíveis�.
�Melhorou bastante�.
�Sim, facilita o aprendizado�.
115
�Sim, pois visualizamos as figuras em três dimensões melhorando nosso
aprendizado em sala de aula�.
De maneira geral, todos concordaram que a interação é importante para
investigar o objeto e aprender com isso.
Um fator relevante nessa interação é que o usuário acaba ficando imerso no
ambiente, fazendo parte de todo o contexto apresentado. Não é um mero
espectador, e sim um agente participante, um ator, pois suas ações são
imediatamente processadas pelo computador e visualizadas pelo dispositivo de
saída.
Gráfico 14 � Interação
Mais da metade dos alunos prefere manipular os marcadores individualmente,
pois, segundo eles, isso melhora seu aprendizado. Interessante observar que boa
parte dos alunos prefere que o professor utilize o ambiente antes, assim, eles podem
aprender e, posteriormente, interagir. Entre as várias respostas, estão:
�Prefiro manipular, pois consigo ver as partes da figura que tenho mais
dúvida�.
�Prefiro manipular, já vi que melhora o aprendizado�.
116
�Manipular, pois dá para visualizar melhor�.
�Manipular, pois posso visualizar os lados da peça que desejo�.
�Manipular; porque além do aprendizado, a aula se torna mais divertida�.
�Manipular, pois assim consigo visualizar mais detalhadamente�.
�Prefiro manipular, pois facilita tirando minhas dúvidas pessoais�.
�Prefiro eu mesmo, pois posso manipular como bem entender�.
�Eu prefiro manipular, pois manipulando eu aprendo mais�.
�Manipular eu mesmo, pois assim posso diferenciar os lados e as vistas�.
�Manipular, ficando mais fácil o uso e visualização�.
�Eu uso, pois posso escolher o ângulo a ser trabalhado�.
�Eu manipular, pois eu posso tirar as minhas próprias dúvidas sobre as vistas
e também é mais divertido�.
�Os dois são importantes, pois um é a explicação e o outro é o aprendizado e
fixação, mas o mais importante é a manipulação por parte do aluno�.
�Ver o professor primeiro, porque o professor nos auxilia na medida da peça�.
�Os dois. O professor para que mostre as partes de uma importância maior e
eu, para que possa manusear a peça de maneira que quiser�.
�É interessante o professor manipular e o aluno também, porque ele vai
explicando, ficando mais fácil a visualização�.
�Os dois, pois depois da explicação do professor eu posso complementar com
minha própria interação�.
Entende-se a importância da manipulação dos marcadores por parte dos
alunos, para facilitar as visualizações e mesmo melhorar o aprendizado. Como
muitos relataram, podem, com isso, tirar as dúvidas.
117
Gráfico 15 � Professor com o marcador
Um fato importante é a consciência de vários alunos no sentido de que
primeiro o professor manipula os objetos com o seu marcador, fazendo suas críticas
e observações sobre o tema de aula e, posteriormente, o aluno manipula os
marcadores para melhorar os procedimentos de investigação sobre as peças
manipuladas. Essa opinião também foi relatada pelos professores, que consideram o
sistema uma ferramenta que irá agregar valores aos conteúdos ministrados por eles
em suas aulas. Segundo os professores, o ambiente deveria ser híbrido, isto é, a
teoria seria ministrada de maneira tradicional com as aulas clássicas já existentes e,
posteriormente, em laboratórios de informática, a RA contribuiria para o
aprendizado.
Outro detalhe que merece destaque é o fato de que alunos julgam os
procedimentos de manipulação divertidos. Isso gera motivação em continuar suas
pesquisas durante a aula. Há quem use a palavra �entretenimento� para referenciar
a visualização com os marcadores. Aprender com prazer sem dúvida traz mais
benefícios a todos os envolvidos.
5.4 A estratégia utilizada e os resultados
É difícil se ter certeza acerca da mudança de índices de aprovação e também
de reprovação, em função da utilização ou não da estratégia proposta nesta tese,
118
mas o fato é que, ao iniciarmos os estudos, tínhamos a convicção de que esse
modelo de didática traria bons resultados no final do semestre.
Além das respostas favoráveis dos professores e alunos, solicitaram-se
também dados quantitativos à secretaria do curso, a fim de comparar os índices de
aprovação da disciplina com anos anteriores e constatar a possível melhoria. O fato
é que nunca os índices de aprovação atingiram valores como os atuais, após a
utilização do sistema proposto.
Não é fácil a conclusão sobre os motivos, mas afirma-se que o sistema
contribuiu para a melhoria desse processo. No final do semestre, chegou-se a
aproximadamente 62% de aprovação, o que nos últimos quatro anos nunca havia
sido alcançado.
A tabela demonstra os valores obtidos pela secretaria do curso de Engenharia
de Computação, a partir de 2008, com os valores sobre aprovação e reprovação dos
alunos na disciplina de desenho técnico.
Apenas em 2011, o sistema foi colocado à disposição dos alunos e
professores e gerou bons resultados, mas tem-se certeza que se pode melhorar,
com esses procedimentos em todo o semestre e não apenas em algumas semanas,
como foi realizado em sua fase de testes.
ANO TOTAL APROVADOS APROV. (%) REPROPRADOS REPROV. (%)
2008 62 30 48,39 32 51,61
2009 47 27 57,45 20 42,55
2010 45 17 37,78 28 62,22
2011 84 52 61,90 32 38,10
2012 72 33 45,83 39 54,17
Tabela 4 � Resultados sobre aprovação
Em 2011, do total de 84 alunos dos cursos de Engenharia de Produção e de
Engenharia de Computação, 52% foram aprovados. Estão inseridos nesses
indicadores os 21 alunos do curso de Engenharia de Computação que participaram
das aulas com a estratégia da utilização de RA para melhorar a visualização dos
119
objetos de desenho técnico. Nessa amostra, os dados são ainda melhores, pois 16
desses foram aprovados no curso, elevando a aprovação para 76%.
Em 2012, nota-se que os índices de aprovação voltaram a cair. No entanto, o
sistema não foi utilizado para esta turma, ou seja, esses relatam que a utilização da
RA gerou resultados diferenciados com maiores índices de aprovação se
comparados com os resultados com as aulas tradicionais.
5.5 Avaliação de usabilidade
É um conjunto de atributos de usabilidade ou capacidade, relacionados com o
esforço necessário para o uso de uma aplicação computacional e com o julgamento
individual de tal uso, por um conjunto específico de usuários, ou seja, um conjunto
de fatores que qualifica o quanto uma pessoa pode interagir com um sistema
interativo (BARBOSA; SILVA, 2010). Os objetivos específicos atingidos com eficácia
(precisão), eficiência (relação entre precisão e recursos gastos para alcançar os
objetivos) e satisfação em determinado contexto de uso são indicadores para
mensurar o grau em que um produto é utilizado (ISO 9241-11, 1998).
Em todo o processo de desenvolvimento do sistema e também na utilização
da aplicação, a avaliação de usabilidade deve ser utilizada para gerar indicadores
sobre a satisfação e facilidade do usuário em utilizar tais aplicações (MARTINS,
2011).
Os fatores de usabilidade são: facilidade de aprendizado, facilidade de
recordação, eficiência, segurança no uso e satisfação do usuário:
5.5.1 Facilidade de aprendizado
Refere-se ao esforço e tempo necessários para que o usuário aprenda a usar
o sistema com determinado nível de domínio sobre o mesmo. As pessoas esperam
que as interfaces proporcionem facilidades para aprender a utilização o quanto
antes.
5.5.2 Facilidade de recordação
120
Diz respeito ao esforço cognitivo do usuário para lembrar como utilizar a
interface da aplicação para atingir seus objetivos. Um projeto de fácil recordação
evita, por exemplo, que o usuário cometa erros de utilização de partes do sistema
que já tenha utilizado:
[...] Ao invés de investir tempo em treinamento formal ou leitura de manuais de utilização do sistema, os usuários preferem aprender a usar um sistema
enquanto executam suas tarefas, adquirindo conhecimento sobre as características do sistema à medida que necessitem destas funcionalidades (MARTINS, p. 57, 2011).
5.5.3 Eficiência
A eficiência de uma aplicação interativa refere-se ao tempo necessário para a
realização total de uma atividade com o apoio computacional. Esse tempo é
determinado pela interação entre o usuário e a interface do sistema. Depois que o
usuário aprende a utilizar o sistema e alcança seus objetivos, se ele se mantém com
alta produtividade, diz-se que o sistema é eficiente. Habilidade que requer do
usuário a utilização do produto com menor esforço (BARBOSA; SILVA, 2010;
MARTINS, 2011).
5.5.4 Segurança no uso
Refere-se ao grau de proteção de uma aplicação computacional contra
condições desfavoráveis ou perigosas para os usuários. Procura-se evitar problemas
de uso e reduzir a possibilidade de erros por parte do usuário como, por exemplo,
pressionar botões, teclas e comandos indesejados que executem tarefas perigosas
como �apagar tudo� ou �sair�, mas que estão próximos a botões do tipo �salvar� ou
�imprimir�, dentre outras. É desejável que a interface contenha maneiras de prevenir
possíveis erros por parte do usuário (BARBOSA; SILVA, 2010; MARTINS, 2011).
5.5.5 Satisfação do usuário
É uma medida subjetiva da usabilidade, que envolve o uso dos sistemas com
as emoções e sentimentos do usuário. Por meio de questionários e entrevistas com
o usuário, procura-se obter essa medida. Os sistemas interativos são utilizados em
121
várias atividades como trabalho, entretenimento, lazer, saúde, educação e em vários
locais como no trabalho, em casa, na escola, em trânsito, no hospital e até na praia.
Essas atividades aumentaram a necessidade de considerarmos o uso do sistema e
como eles afetam os sentimentos e as emoções dos usuários. A avaliação subjetiva
é importante para tomar ciência da satisfação do usuário (BARBOSA; SILVA, 2010;
MARTINS, 2011).
5.6 Tecnologia, usabilidade e aspectos pedagógicos (TUP)
A fim de auxiliar os arquitetos em informática, projetistas e professores na
criação de ambientes colaboracionistas direcionados ao ensino, há um conjunto de
diretrizes fornecidas por princípios construtivistas, que apoiam experiências
reflexivas. Fazer testes com alunos que tenham o perfil desejado para o curso pode
trazer contribuições aos professores. Esse procedimento pode ser chamado de teste
de usabilidade pedagógica (UP) e é feito um minucioso relatório sobre a elaboração
e aplicação do projeto para os alunos (MARTINS, 2004).
A mudança de contexto de avaliação de ambientes educacionais levanta
muitas questões importantes e interessantes. Métodos de usabilidade são
introduzidos como uma abordagem tradicional das avaliações. Aspectos
tecnológicos de sistemas têm sido propostos como sendo partes integrantes de cada
avaliação. E, finalmente, os temas relacionados com a pedagogia são citados como
parte integrante de ambientes educacionais. Assim, todo o modelo de avaliação de
sistemas dispõe de aspectos de tecnologia, usabilidade e pedagógicos em
proporções iguais. Essa estrutura garante a sensibilidade da avaliação para
ambientes de aprendizagem, estabelecendo o modelo TUP (tecnologia, usabilidade
e pedagogia) (BEDNARIK, 2002).
5.6.1 Uma abordagem sobre TUP
Cabe aos professores decidirem qual o software que irão selecionar para os
seus cursos. O número de ambientes de aprendizagem cresce rapidamente e,
provavelmente, esse crescimento vai continuar no futuro. Para ajudar os educadores
com essa decisão e para facilitar suas análises dos ambientes, um método de
avaliação de usabilidade utilizável deve ser desenvolvido, com igual atenção às
122
questões relacionadas com a usabilidade, pedagogia e tecnologia. Praticar esse
método deve render comparações mais fáceis e acessíveis de sistemas de ensino e,
portanto, facilitar a seleção de software educacional. Enquanto os professores não
são especialistas em usabilidade, o método proposto tem para oferecer uma
maneira para facilitar a avaliação por eles (BEDNARIK, 2002).
Os questionários ou as listas de verificação também têm outras vantagens
consideráveis. Se o projeto de questionários é feito depois, com relação ao
processamento, a recuperação dos resultados pode ser efetivamente adaptada.
Além disso, durante a prática de uma avaliação baseada em lista, não há
necessidade de um perito para assistir o processo de avaliação propriamente dita.
No entanto, uma atenção especial tem que ser mantida sobre as questões reais dos
checklists, pois uma questão mal formulada pode influenciar os avaliadores e,
consequentemente, os resultados da avaliação (BEDNARIK, 2002).
5.7 A motivação em se usar a RA
Com o objetivo de avaliar os resultados de um acompanhamento dos
estudantes sobre uma determinada teoria, foi utilizada uma análise para investigar
um conjunto de alunos que utilizou a técnica com RA e comparar com outros
resultados anteriores, com a aula tradicional.
As técnicas foram utilizadas em apenas quatro semanas de aulas, em função
do calendário e da disposição dos professores. Durante esse tempo, não se
observou �saturação� no uso da Tecnologia, pois os alunos ainda estavam
descobrindo novos rumos para suas pesquisas. Realmente, as novidades não eram
mais aparentes. A motivação proporcionada pelos movimentos dos objetos em 3D
era, para os alunos, muito melhor do que o modelo anterior, com a visão apenas
com o material de apoio. Além disso, reparou-se que o convívio com a ferramenta,
trouxe facilidades no uso do ambiente, não havia necessidade de os estudantes
serem treinados para o manuseio dos marcadores. Reparou-se que o sistema não
saturou nem ficou obsoleto e ultrapassado, apenas, que o costume deixou a
utilização mais fácil e rotineira.
123
6 CONCLUSÕES
6.1 O ensino de desenho técnico e a RA
Refazer os experimentos de várias maneiras, criar novas visualizações, girar
os objetos no espaço amostral, movimentar, rotacionar, transladar para mais perto
ou para mais longe, tudo isso com o arbítrio do aluno, para que ele pudesse verificar
o melhor ângulo e distância para suas visualizações e suas investigações. Isso
possibilitou uma melhoria relevante na percepção das imagens estudadas em
desenho técnico.
O uso da RA contribuiu para esses procedimentos de ensino e de
aprendizagem, comprovando a hipótese inicial deste trabalho descrita no item 1.1.
As vistas laterais e frontais de um objeto foram investigadas e estudadas com
comodidade. O aluno não as percebia nem as visualizava com a utilização do
material de apoio e do quadro-negro, pois não havia a possibilidade de rotação e
mesmo translação dos objetos. Essas técnicas eram imaginadas pelo aluno. Mesmo
reconhecendo as limitações em se usar a RA nos movimentos de rotação, pois por
vezes pode ser difícil manipular a peça por completo em relação à RV, considera-se
válida a técnica, uma vez que estaria decidida a utilização de material impresso,
como os marcadores para potencializar a visão dos elementos virtuais.
Com o ARToolKit, os problemas encontrados foram mesmo de manipulação
dos marcadores, no sentido de alcançar um melhor ângulo para a visualização do
objeto, uma vez que a familiaridade do ambiente era nova para todos os envolvidos
no projeto.
No início, foram detectados alguns problemas, mas muito rapidamente
sanados e aprendidos pelos usuários para que pudessem fazer o melhor uso da
ferramenta proposta.
A própria utilização da câmera gerou certa dificuldade, pois ela filma e projeta
a imagem em lados opostos no computador pessoal, ou seja, transladar um
124
marcador para a esquerda gera um deslocamento para a direita no monitor de vídeo,
o que é normal em qualquer câmera.
Os alunos fizeram algumas perguntas ao professor que também tinha cópia
dos marcadores e podia mostrar a solução ou as suas observações de maneira a
contribuir com a classe toda.
A interatividade gerou motivação para as pesquisas dos alunos. Eles
aprenderam com prazer, quase brincando e não foi observada a saturação dessa
técnica, mesmo se refazendo alguns exercícios.
6.2 Considerações Finais
O contexto focalizado nesta pesquisa foi um ambiente de ensino e
aprendizagem de desenho técnico, no qual as visualizações dos objetos em três
dimensões e as tecnologias informatizadas estavam presentes no mesmo cenário.
Nesse contexto, professor e alunos fizeram a utilização dos computadores, para que
participassem das atividades na sala de aula com um melhor aproveitamento de
conteúdo. A parceria entre a modelagem e as tecnologias é descrita de tal forma que
insinua que a utilização da tecnologia e de Realidade Aumentada pode ser
implantada com sucesso nos cursos de Engenharia.
Os gráficos demonstram que, em primeira instância, alunos e professores
pesquisados aprovaram o método nos seguintes procedimentos:
Visualização dos objetos de estudo.
Exposição dos conteúdos mais motivadores.
Inovação do material didático.
Possibilidade de construção de conhecimento.
Destacaram ainda que, apesar de o método ser inovador, depende
fundamentalmente do papel do professor. Em primeira instância, é atrativo, mas, se
não houver possibilidade de interação, pode tornar-se rotineiro.
125
Respondendo às perguntas da própria tese, elaboradas no item 4.1 sobre a
validade do uso da Realidade Aumentada como ferramenta de apoio ao ensino de
desenho técnico para o curso de Engenharia, conclui-se de maneira positiva que
houve no mínimo uma melhoria parcial nos objetivos propostos pelo professor, já
que a RA se demonstrou eficaz no auxílio do aprendizado.
O novo modelo trouxe facilidades para que o aluno pudesse interpretar as
peças com maior comodidade e também de maneira mais rápida. Ganhou-se tempo
na solução dos exercícios propostos, pois a imagem havia sido apresentada em três
dimensões, facilitando a identificação de certos detalhes da peça. Os índices de
aprovação relatados no item 5.4 evidenciam um ganho significativo na aprovação
dos alunos que participaram do projeto e os próprios professores, mesmo com suas
tendências mais conservadoras, aprovaram a nova estratégia para ministrarem suas
aulas. Acredita-se em um ganho, no mínimo parcial, pois também ficou evidenciado,
mesmo em pequena escala, alunos com dificuldades no manuseio dos marcadores
e outros que colocavam os marcadores e a RA como foco principal para a aula, o
que não é verdade.
Os alunos também demonstraram maior engajamento com o modelo de RA
durante o processo de aprendizagem. Em relação ao uso das imagens baseadas em
telas ortogonais e quadros-negros, o modelo de RA foi avaliado para ser auxiliar no
ensino mais eficaz na disciplina de desenho técnico para os cursos de Engenharia.
6.3 Trabalhos Futuros
Verificar com alunos e professores as sugestões de melhorias em alguns
procedimentos no sentido de aumentar ainda mais a satisfação e o nível de
aprendizado obtido. Atacar as fraquezas do projeto, no sentido de implementar
rotinas e/ou procedimentos na aula para alcançar o nível de qualidade esperado.
Pensar por exemplo, em se utilizar a RV e/ou CAD para representar os mesmos
objetos de estudo.
Futuramente, imprimir os marcadores no material de apoio dos alunos nas
páginas com os objetos de estudo, para criar um �livro interativo� e também exibir os
126
marcadores na lousa para o aluno visualizar o objeto com seu aparelho de telefonia
móvel.
Criar, também, um site com a solução dos exercícios propostos no material de
apoio, desafios, novas peças para estudo e possibilidades da criação de outros
marcadores.
127
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ANEXOS
137
Anexo A - Modelo de questionário respondido pelos alunos
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
CAMPUS LIBERDADE
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
QUESTIONÁRIO
Santos, outubro de 2011.
Com a finalidade de servir como base de estudos e sem a identificação do entrevistado, as
respostas serão qualificadas e interpretadas pelo professor MARCELO PEREIRA
BERGAMASCHI e os resultados divulgados e concluídos em tese de doutoramento na
Universidade Cruzeiro do Sul e artigos com a mesma finalidade.
1 � A metodologia anterior ao projeto com RA me fazia entender a matéria? Com facilidade Satisfeito Pouco entendia Não entendia 2 � O projeto atual com RA trouxe melhorias significativas ao meu entendimento de Geometria Espacial e Desenho Técnico? Melhorou muito Satisfeito Nada mudou Não consigo usar RA 3 � Os objetos apresentados em três dimensões me facilitaram a sua visualização? Muito Um pouco A mesma coisa Dificultaram 4- Usar o sistema de RA proposto é: Difícil Fácil Trabalhoso Não consegui 5 � A tecnologia (software e hardware) envolvida no uso do ambiente é: Complicada Amigável Interativa Indiferente 6 - Os cortes ou as perspectivas que preciso realizar ficaram: Mais claros Mais difíceis Sem diferenças não visualizo a peça 7 - Se fosse possível escolher uma das metodologias (opções de uso), qual você usaria e por quê? 8 � Ao manipular os marcadores, gerou diferenças no aprendizado em relação a somente ver o
professor utilizando o ambiente? 9 - A interação ajudou a entender melhor? 10 - Você prefere manipular os marcadores ou ver seu professor neste procedimento? Por quê?
138
Anexo B - Modelo de questionário respondido pelos professores
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
CAMPUS LIBERDADE
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
QUESTIONÁRIO
Santos, setembro de 2011.
Com a finalidade de servir como base de estudos e sem a identificação do entrevistado, as
respostas serão qualificadas e interpretadas pelo professor MARCELO PEREIRA
BERGAMASCHI e os resultados divulgados e concluídos em tese de doutoramento na
Universidade Cruzeiro do Sul e artigos com a mesma finalidade.
1 � A metodologia anterior ao projeto com RA atendia as necessidades para a disciplina? Com certeza Em partes Pouco atendia Não atendia 2 � O projeto atual com RA trouxe melhorias significativas para explicar o conteúdo de Desenho Técnico? Melhorou muito Satisfeito Nada mudou Não consigo usar RA 3 � Os objetos apresentados em três dimensões facilitaram a sua visualização? Muito Um pouco A mesma coisa Dificultaram 4- Usar o sistema de RA proposto é: Difícil Fácil Trabalhoso Não consegui 5 � Os alunos ficaram interessados pela aula? Muito Melhorou um pouco Indiferente Piorou 6 - Os cortes ou as perspectivas que preciso realizar ficaram: Mais claros Mais difíceis Sem diferenças não visualizo a peça 7 - Se fosse possível escolher uma das metodologias (opções de uso), qual você usaria e por quê? 8 � Citar vantagens e desvantagens do uso das tecnologias para esta finalidade de ensino.
139
Anexo C - Autorização para publicação de imagens
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
CAMPUS LIBERDADE
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E
MATEMÁTICA
AUTORIZAÇÃO
Santos, 13 de setembro de 2011.
Eu, ______________________________________________________,
RG __________________, autorizo a publicação das minhas imagens
na tese de doutoramento desenvolvida pelo professor MARCELO PEREIRA
BERGAMASCHI na Universidade Cruzeiro do Sul - UNICSUL ou artigos
por ele escritos com a mesma finalidade.
_____________________________________
140
Anexo D - Modelo de questionário para professores com escala de
Likert
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
CAMPUS LIBERDADE
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
QUESTIONÁRIO
Santos, maio de 2013.
Com a finalidade de servir como base de estudos e sem a identificação do
pesquisado, as respostas serão analisadas pelo professor MARCELO PEREIRA BERGAMASCHI e os resultados divulgados e concluídos em tese de doutoramento na Universidade Cruzeiro do Sul e
artigos com a mesma finalidade. Serão feitas algumas frases em relação ao uso da RA como ferramenta de apoio
para potencializar o ensino de desenho técnico. Para cada uma, indique seu grau de concordância
utilizando a seguinte escala:
Concordo totalmente 5 Concordo 4 Nem concordo nem discordo 3 Discordo 2 Discordo totalmente 1
1 A metodologia anterior ao projeto com RA atendia as necessidades para a disciplina [ ]
2 O projeto atual com RA trouxe melhorias significativas para explicar o conteúdo de desenho técnico. [ ]
3 Os objetos apresentados em três dimensões facilitaram a visualização. [ ]
4 Usar o sistema de RA proposto é difícil. [ ]
5 Os alunos ficaram mais interessados pela aula. [ ]
6 A rotação do objeto criou um diferencial significativo para a visualização do objeto. [ ]
Observação: A cotação da escala é calculada pela média aritmética das respostas dadas, invertendo o item 4. Valores elevados (maiores que 4) indicam atitudes muito modernas e valores baixos (inferiores a 2) indicam atitudes conservadoras para o ensino.