Uma contribuição ao processo de desenvolvimento e modelagem de módulos educacionais por Ellen Francine Barbosa - Versão HTML

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Uma Contribuição ao Processo de Desenvolvimento e

Modelagem de Módulos Educacionais

Ellen Francine Barbosa

Tese apresentada ao Instituto de Ciências

Matemáticas e de Computação de São Carlos -

USP, como parte dos requisitos para a obtenção

do título de Doutor na Área de Ciências de

Computação e Matemática Computacional.

Orientador: Prof. Dr. José Carlos Maldonado

São Carlos/SP

Março/2004

“Quando ensinares, ensina também a

duvidar daquilo que ensinas.”

(José Ortega y Gasset)

i

A minha mãe.

ii

Agradecimentos

A DEUS, pela vida. E pelas alegrias e dificuldades que dela fazem parte, proporcionando-nos

aprendizado e amadurecimento. Sem Ele, eu nada seria...

Ao meu orientador, Prof. Dr. José Carlos Maldonado, pela confiança e sobretudo pela amizade

conquistada ao longo desses quase oito anos de convívio.

A minha mãe, por simplesmente TUDO!

Aos meus familiares, em especial Angelina e Armando, Nidia, Marcel, Loiane e Gabriel, pelo

amor e incentivo.

Ao Pe. José Carlos Frederice, pela amizade e pelo apoio e incentivo constantes.

Ao Luiz Eduardo, pelo amor, incentivo e paciência durante a fase final deste trabalho.

Ao professores do Georgia Tech – Prof. Dr. Richard LeBlanc e Prof. Dr. Mark Guzdial –,

e aos professores da University of Florida – Profa. Dra. Sue Legg e Prof. Dr. Terry Morrow –,

por me aceitarem em seus grupos de pesquisa durante o estágio nos EUA. À Profa. Dra. Maria da

Graça Pimentel e ao Prof. Dr. Ivan Ricarte, pelos “contatos iniciais” que possibilitaram o estágio.

À Eliane, Márcio, Daniel e D. Cida, ao Renato, à Ana e Cláudio, à Janaína e Carlos, pela

acolhida e por se tornarem minha “família brasileira” nos EUA.

Aos professores do grupo de Engenharia de Software: Profa. Dra. Rosely Sanches, Profa. Dra.

Renata P. M. Fortes e Prof. Dr. Paulo C. Masiero.

Aos colegas do LABES: Simone, Elisa, Mateus, André, Erika, Delamaro, Thaise, Aline, Alê,

Gelza, Maris, Marco, Rejane, Rosana, Luciana, KLB, Sandrão (cantina), Tânia, Edilson, Osnete,

Bira, Camila, Otávio, André (Clone), Fabiano, Débora, Vartinho, Willie, Sandra e Adenilso.

Aos meus amigos: Tatiana, Ana Cláudia, Sandro, Mayb, Camillo, Rudinei, Flávia, Thelma,

Valéria, Júlio. E, é claro, aos “meninos do Oeste Paulista”, Sílvio, Rogério, Patão (desculpe,

Guilherme!!), Cassio, Klebinho, Reginaldo e Rodrigo. Os momentos que passamos juntos sempre

estarão guardados em meu coração.

À Andrea e Evelise, pelas brincadeiras, pelas brigas, pelo convívio de tantos anos...

Com muita saudade, à D. Rosinha e a Ricardo Pelegrini.

Aos professores e funcionários do ICMC, pela disposição e atenção.

À FAPESP pelo apoio financeiro.

iii

Sumário

Resumo

xiii

Abstract

xv

1

Introdução

1

1.1

Contexto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.2

Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.3

Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.4

Organização da Tese

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

2

Revisão Bibliográfica

9

2.1

Considerações Iniciais

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.2

Mecanismos e Abordagens de Apoio à Modelagem de Conteúdos Educacionais . .

9

2.2.1

Mapas Conceituais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2.2

Modelo/Metodologia Daphne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2.3

Método EHDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2.4

Metodologia MAPHE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2.5

Modelo RMM

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2.6

Método OOHDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2.7

Modelo EORM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2.8

Modelo Trellis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2.9

Modelo HMBS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2.10 Modelo MDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.2.11 Síntese dos Mecanismos e Abordagens Consideradas . . . . . . . . . . . . 26

2.3

Ambientes e Sistemas Educacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.3.1

O Ambiente WebCT

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.3.2

O Ambiente AulaNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.3.3

O Ambiente ATEnA

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.3.4

O Ambiente Eureka e a Ferramenta WCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.3.5

A Ferramenta CoWeb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.3.6

O Ambiente HLM

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.3.7

O Sistema CyberQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.3.8

O Ambiente e-Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.3.9

Síntese dos Ambientes e Sistemas Considerados

. . . . . . . . . . . . . . 34

2.4

Processos de Software

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

v

2.4.1

A Norma ISO/IEC 12207 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.4.2

O Modelo CMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.4.3

Processo Padrão para Equipes Geograficamente Dispersas . . . . . . . . . 39

2.5

Teste de Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.5.1

Técnicas de Teste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.5.2

Ferramentas de Teste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2.5.3

Estudos Teóricos e Empíricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.6

Considerações Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3

Modelagem de Conteúdos Educacionais

63

3.1

Considerações Iniciais

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.2

Módulos Educacionais: Definição e Perspectivas de Desenvolvimento . . . . . . . 65

3.2.1

Módulos Educacionais e Objetos de Aprendizado . . . . . . . . . . . . . . 70

3.3

Requisitos para Modelagem de Conteúdos Educacionais: um Conjunto Preliminar . 72

3.4

Modelos Genéricos para Representação de Conteúdos Educacionais . . . . . . . . 79

3.4.1

Modelo Conceitual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.4.2

Modelo Instrucional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.4.3

Modelo Didático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.5

Modelos para Representação de Conteúdos Educacionais: Análise e Comparação . 86

3.5.1

Abordagens para Construção de Hiperdocumentos Educacionais . . . . . . 87

3.5.2

Abordagens para Construção de Hiperdocumentos Genéricos . . . . . . . . 99

3.6

Abordagem Integrada para Modelagem de Conteúdos Educacionais

. . . . . . . . 105

3.7

Mecanismos de Modelagem: Aplicação no Contexto de Objetos de Aprendizado

. 112

3.8

Considerações Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

4

Padronização de Processos para Elaboração de Módulos Educacionais

119

4.1

Considerações Iniciais

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

4.2

Aspectos de Desenvolvimento na Definição do Processo Padrão

. . . . . . . . . . 120

4.2.1

Projeto Instrucional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.2.2

Desenvolvimento de Produtos Livres

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.2.3

Desenvolvimento Colaborativo e Distribuído . . . . . . . . . . . . . . . . 124

4.3

Visão Geral do Processo Padrão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

4.4

Adequação do Processo às Perspectivas de Desenvolvimento de Módulos Educa-

cionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

4.5

Processos do Ciclo de Vida de um Módulo Educacional . . . . . . . . . . . . . . . 132

4.5.1

Processos Fundamentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

4.5.2

Processos de Apoio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

4.5.3

Processos Organizacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

4.6

Modelo para a Definição de Processos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

4.7

Aspectos de Especialização do Processo Padrão para Módulos Educacionais . . . . 154

4.7.1

Estrutura do Modelo de Maturidade para Módulos Educacionais . . . . . . 154

4.7.2

Especialização do Processo Padrão para os Níveis de Maturidade

. . . . . 157

4.8

Instanciação do Processo Padrão para Módulos Educacionais . . . . . . . . . . . . 161

4.8.1

Recursos Humanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

4.8.2

Métodos e Técnicas de Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

4.8.3

Recursos Tecnológicos e Computacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

4.8.4

Restrições Impostas ao Processo Instanciado . . . . . . . . . . . . . . . . 172

4.9

Considerações Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

vi

5

Estudo de Caso: Um Módulo Educacional no Domínio de Teste de Software

175

5.1

Considerações Iniciais

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

5.2

Aspectos Gerais do Módulo Teste de Software: Teoria e Prática . . . . . . . . . . 176

5.3

Aplicação do Processo Padrão Instanciado no Domínio de Teste de Software . . . . 178

5.3.1

Determinação da Condição de Aprendizado Atual . . . . . . . . . . . . . . 178

5.3.2

Definição das Metas de Aprendizado e Habilidades Associadas . . . . . . . 179

5.3.3

Definição da Estrutura Geral do Módulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

5.3.4

Planejamento da Equipe de Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . 183

5.3.5

Determinação da Metodologia, Padrões e Ferramentas . . . . . . . . . . . 183

5.3.6

Análise de Audiência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

5.3.7

Modelagem de Conteúdos Educacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

5.3.8

Projeto da Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

5.3.9

Implementação, Integração e Testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

5.3.10 Disponibilização do Módulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

5.3.11 Identificação de Problemas e Melhorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

5.4

Considerações Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

6

Conclusão

209

6.1

Visão Geral da Pesquisa Realizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

6.2

Contribuições de Pesquisa

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

6.3

Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

6.4

Produção Científica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

6.4.1

Publicações Relacionadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

6.4.2

Publicações Esperadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

Referências Bibliográficas

217

A Modelo de Maturidade de Processos para Elaboração de Módulos Educacionais

235

A.1 Níveis de Maturidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

A.1.1

Nível 1 – Inicial (Organizações Caóticas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

A.1.2

Nível 2 – Repetível (Organizações Disciplinadas) . . . . . . . . . . . . . . 236

A.1.3

Nível 3 – Definido (Organizações Padronizadas) . . . . . . . . . . . . . . 238

A.1.4

Nível 4 – Gerenciado (Organizações Previsíveis) . . . . . . . . . . . . . . 241

A.1.5

Nível 5 – Otimizado (Organizações com Melhoria Contínua) . . . . . . . . 242

A.2 CMMI para Módulos Educacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

B Avaliação de Módulos Educacionais: Questionário e Síntese dos Resultados

247

B.1 Usabilidade – Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

B.2 Conteúdo: Conceitos, Exemplos, Exercícios e Informações Complementares . . . . 249

B.3 Navegação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

B.4 Aspectos Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

B.5 Síntese dos Resultados Obtidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

vii

Lista de Figuras

2.1

Estrutura de um Mapa Conceitual (Moreira & Buchweitz, 1987). . . . . . . . . . . 11

2.2

Camadas do Modelo/Metodologia Daphne (Kawasaki & Fernandes, 1996).

. . . . 12

2.3

Fases do Método EHDM (Pansanato & Nunes, 1999). . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4

Etapas da Metodologia MAPHE (Pimentel, 1997). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5

MDE: Estruturação dos Conteúdos de um Hiperdocumento Educacional. . . . . . . 26

2.6

Processos de Ciclo de Vida de Software (da Rocha et al., 2001).

. . . . . . . . . . 36

2.7

Correspondência entre CMM e CMMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.8

Estrutura do Processo Padrão para Equipes Dispersas (Maidantchik, 1999).

. . . . 41

3.1

Componentes de um Módulo Educacional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.2

Mapa Conceitual para o Domínio de Harmonia Musical (Kawasaki & Fernandes,

1996). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.3

Esquema HDM para Harmonia Musical (Kawasaki & Fernandes, 1996). . . . . . . 89

3.4

Modelo Conceitual Hierárquico para o Domínio de Movimentos Retilíneos (Pan-

sanato & Nunes, 1999). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.5

Exemplo de um Modelo Navegacional de Contextos para o Domínio de Movimen-

tos Retilíneos (Pansanato & Nunes, 1999). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3.6

Modelo Orientado a Conceitos para o Domínio de Figura Plana (Pimentel, 1998). . 94

3.7

Mapa Conceitual de um Curso Básico sobre HTML (Leiva, 2003). . . . . . . . . . 96

3.8

Representação Gráfica mais Abstrata do Curso sobre HTML (Leiva, 2003). . . . . 97

3.9

Avaliação Diagnóstica do Curso Básico sobre HTML (Leiva, 2003). . . . . . . . . 97

3.10 Unidade de Estudo Ligações (Leiva, 2003). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.11 AIM−CID: Abordagem Integrada para Modelagem de Conteúdos Educacionais.

. 105

3.12 Representação de um Estado DD.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3.13 Mecanismos de Apoio à Geração de Conteúdos Educacionais. . . . . . . . . . . . 111

3.14 Objeto de Aprendizado: Metáfora do Átomo e Perspectivas de Modelagem. . . . . 113

3.15 Objeto de Aprendizado para o Critério Análise de Mutantes. . . . . . . . . . . . . 114

3.16 Meta-Modelo: Integração das Perspectivas de Modelagem de Conteúdos Educaci-

onais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

4.1

Estrutura Geral do Processo Padrão para Módulos Educacionais. . . . . . . . . . . 126

4.2

Norma ISO/IEC 12207 x Processo Padrão para Equipes Geograficamente Disper-

sas x Processo Padrão para Módulos Educacionais. . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

4.3

Processo Padrão x Perspectivas de Desenvolvimento de Módulos Educacionais. . . 130

ix

4.4

Modelo para a Definição de Processos de Software (Maidantchik, 1999; da Rocha

et al., 2001). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

4.5

Modelo CMM x Modelo de Maturidade para Equipes Geograficamente Dispersas

x Modelo CMM/ Educacional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

4.6

Equipe de Desenvolvimento e Papéis Associados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

5.1

Transparência Principal do Módulo Teste de Software: Teoria e Prática: Integra-

ção entre Transparências, Documentos-Texto, Ferramentas de Teste e Ferramentas

Educacionais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

5.2

Estrutura Geral do Módulo Teste de Software: Teoria e Prática. . . . . . . . . . . . 181

5.3

Tópicos do SWEBOK (Área de Teste de Software) x Sub-Módulos. . . . . . . . . 183

5.4

Critério Análise de Mutantes: Modelo (Mapa) Conceitual. . . . . . . . . . . . . . 186

5.5

Requisitos Associados à Perspectiva Conceitual Representados no Modelo. . . . . 187

5.6

Transparências referentes a Mutante Equivalente e Equivalência de Programas.

. . 188

5.7

Critério Análise de Mutantes: Modelo Instrucional (HMBS/ Instrucional). . . . . . . 189

5.8

Transparências referentes à Análise de Mutantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

5.9

Transparências referentes à Aplicação da Análise de Mutantes. . . . . . . . . . . . 192

5.10 Transparências referentes ao Exercício Proposto para a Aplicação da Análise de

Mutantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

5.11 Critério Análise de Mutantes: Modelo Didático (HMBS/ Didático) – Especificação

Aberta.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

5.12 Critério Análise de Mutantes: Modelo Didático (HMBS/ Didático) – Especificação

Parcialmente Aberta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

5.13 Critério Análise de Mutantes: Modelo Didático (HMBS/ Didático) – Especificação

Fechada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

5.14 Transparências referentes a Mutante – Versão Aberta, Parcialmente Aberta e Fe-

chada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

5.15 ADVs das Transparências do Módulo Teste de Software: Teoria e Prática. . . . . . 201

5.16 ADV Chart Item de Informação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

5.17 Integração entre Transparências e Páginas HTML. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

5.18 Página do WebCT referente ao Curso Verificação, Validação e Teste de Software.

. 207

A.1 CMM/ Educacional x CMMI/ Educacional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

B.1 Usabilidade: Alternativas Selecionadas para cada Questão. . . . . . . . . . . . . . 249

B.2 Conteúdo: Alternativas Selecionadas para cada Questão. . . . . . . . . . . . . . . 250

B.3 Navegação: Alternativas Selecionadas para cada Questão. . . . . . . . . . . . . . . 252

x

Lista de Tabelas

2.1

Síntese dos Mecanismos e Abordagens de Apoio à Modelagem de Conteúdos Edu-

cacionais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.2

Síntese dos Principais Recursos Oferecidos pelos Ambientes e Sistemas Educaci-

onais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.1

Requisitos para Modelagem de Conteúdos x Perspectivas de Desenvolvimento de

Módulos Educacionais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.2

Perspectivas e Requisitos para Modelagem de Conteúdos Educacionais. . . . . . . 80

3.3

Síntese das Características do Modelo/Metodologia Daphne. . . . . . . . . . . . . 90

3.4

Síntese das Características do Método EHDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.5

Síntese das Características da Metodologia MAPHE. . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.6

Síntese das Características do Modelo MDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.7

Síntese das Características do HDM, RMM, OOHDM e EORM. . . . . . . . . . . 101

3.8

Síntese das Características do Modelo Trellis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

3.9

Síntese das Características do Modelo HMBS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.1

Correspondência entre as Fases do Modelo ADDIE e os Processos Fundamentais. . 128

4.2

Áreas-Chave (Nível 2) x Processo Padrão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

4.3

Áreas-Chave (Nível 3) x Processo Padrão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

4.4

Áreas-Chave (Nível 4) x Processo Padrão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

4.5

Áreas-Chave (Nível 5) x Processo Padrão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

4.6

Categorias de Ferramentas de Apoio x Processo Padrão para Módulos Educacionais.166

4.7

Ferramentas de Apoio x Perspectivas de Desenvolvimento de Módulos Educacionais.169

xi

Resumo

Várias pesquisas têm sido conduzidas no contexto de ensino e treinamento,

sendo o desenvolvimento de módulos educacionais uma das atividades rele-

vantes investigada. Neste trabalho são discutidos e estabelecidos mecanis-

mos de apoio à atividade de modelagem de conteúdos e ao processo de de-

senvolvimento de tais módulos. Requisitos e perspectivas para a modelagem

conceitual, instrucional e didática são identificadas. Uma abordagem inte-

grada (AIM−CID) envolvendo diferentes aspectos associados à modelagem

de conteúdos também é proposta. No nível conceitual, mapas conceituais

estendidos são utilizados. No nível instrucional, é estabelecido o modelo

HMBS/ Instrucional. No nível didático, propõe-se o modelo HMBS/ Didático.

Quanto ao processo de desenvolvimento, atividades e tarefas sistemáticas

são estabelecidas no contexto de um processo padrão para a elaboração de

módulos educacionais. Investigam-se ainda aspectos associados às ativida-

des de especialização e instanciação do processo padrão definido. Um mo-

delo de maturidade de processos – CMM/ Educacional – é proposto. Além

disso, uma instância do processo padrão definido é aplicada no desenvolvi-

mento de um módulo educacional no domínio de Teste de Software.

xiii

Abstract

Many research have been conducted regarding to education and learning. In

this context, one of the relevant activities is the development of educational

modules. In this work, we have discussed and investigated mechanisms to

support the content modelling activity and the development process of such

modules. Requirements and perspectives for conceptual, instructional and

didactic modelling are identified. An integrated approach (IMA−CID) de-

aling with different perspectives related to the modelling content activity is

also proposed. In the conceptual level, extended conceptual maps are ap-

plied. In the instructional level, the HMBS/ Instructional model is established.

In the didactic level, the HMBS/ Didactic model is proposed. Regarding to the

development process, systematic activities and tasks are established in the

context of a standard process for the development of educational modules.

Specialization and instantiation activities are also investigated. A maturity

model – CMM/ Educational – is proposed. Also, an instance of the defined

standard process is applied on the development of an educational module for

Software Testing knowledge domain.

xv

CAPÍTULO

1

Introdução

Este capítulo apresenta o contexto no qual o presente trabalho de doutorado está inserido e os fato-

res que motivaram sua realização. Definem-se ainda os principais objetivos da pesquisa realizada

e apresenta-se sua organização.

1.1

Contexto

Nos últimos anos, temas relacionados ao ensino e treinamento têm sido bastante discutidos e in-

vestigados pela comunidade científica, nas mais variadas áreas de atuação. De fato, a demanda

por formação e capacitação de pessoal remete-nos a alguns aspectos relevantes dentro do contexto

educacional: o quê ensinar, como ensinar e como avaliar. Nessa perspectiva, teóricos da edu-

cação, professores, educadores, psicólogos, filósofos, projetistas instrucionais, entre outros, têm

concentrado esforços no estudo e desenvolvimento de mecanismos que facilitem o processo de

aprendizado.

Quanto ao aspecto de o quê ensinar, é fundamental que sejam identificados quais tópicos devem

ser abordados, bem como em que nível ensiná-los. Os conteúdos trabalhados pelo aprendiz devem

possuir, entre outras características: (1) abrangência, no que diz respeito ao entendimento dos

conceitos e teorias que servem como base para o domínio de conhecimento sendo ensinado; (2)

profundidade, no sentido de motivar o aprendiz, a partir dos conceitos já abordados, a explorar por

si mesmo outros tópicos e sub-áreas relacionadas; e (3) orientação, visando à aplicação prática do

conhecimento adquirido.

Com respeito às questões de como ensinar e como avaliar, observa-se um crescente interesse

na utilização de recursos computacionais como mecanismos facilitadores no processo educacional.

1

2

1.1. Contexto

A idéia é que, a partir da definição de mecanismos adequados à elaboração e à disponibilização de

material didático, criem-se condições para o estabelecimento de ambientes de ensino e treinamento

atraentes aos aprendizes e efetivos quanto aos objetivos educacionais.

Além disso, salienta-se que as questões e problemas pertinentes ao ensino e treinamento são

relevantes não apenas no ambiente acadêmico, mas também no meio industrial. É fundamental

que a organização ofereça programas de profissionalização visando a desenvolver as habilidades

pessoais e aumentar o conhecimento dos indivíduos para que os mesmos possam desempenhar seus

papéis ou funções de maneira eficiente e com qualidade. Isso envolve identificar as necessidades

de aprendizado dentro da organização e desenvolver e/ou contratar treinamento para preencher tais

necessidades.

A fim de que as expectativas da indústria em relação a seus profissionais também sejam consi-

deradas no contexto de ensino e aprendizado, uma série de necessidades e requisitos educacionais

pode ser identificada. Ênfase deve ser dada, por exemplo, em: (1) habilidades técnicas, as quais

possam ser aplicadas na resolução de problemas cotidianos; (2) habilidades cognitivas, que auxi-

liem no aprendizado, avaliação e incorporação de novas tecnologias; (3) conhecimento do contexto

de mercado, permitindo ao profissional entender, de maneira abrangente, as implicações de suas

decisões; e (4) habilidades profissionais, as quais favoreçam a cooperação e o trabalho em grupo

dentro das organizações. Tais habilidades envolvem áreas multidisciplinares e, quando reunidas,

caracterizam um bom profissional, segundo a perspectiva da indústria.

Também é importante destacar que a demanda por pessoal capacitado é observada em vários

domínios de conhecimento. Por exemplo, considerando o domínio de Engenharia de Software,

um fator fundamental e determinante para que seus objetivos sejam alcançados está relacionado

à formação de recursos humanos. Em virtude disso, pode-se observar uma crescente procura por

programas de certificação, educação continuada e treinamento na área. Ainda, esforços visando

a estabelecer e documentar um corpo de conhecimento relevante associado à Engenharia de Soft-

ware, tanto no âmbito acadêmico como industrial, também podem ser observados (Dupuis et al.,

2001; IEEE Computer Society, 2001; IEEE Computer Society and Association for Computing

Machinery, 2003).

Considerando um contexto ainda mais específico, no caso Teste de Software, os mesmos pro-

blemas e questões educacionais permanecem válidos. De fato, entre as áreas de conhecimento tidas

como essenciais dentro da Engenharia de Software, a atividade de teste desempenha um papel fun-

damental na temática Qualidade de Software, sendo fundamental para a avaliação e a melhoria dos

produtos de software desenvolvidos (Maldonado, 1991; Pressman, 2001).

Ressalta-se, entretanto, que apesar dos avanços e pesquisas na área – definição e estudo de

critérios de teste, especificação e implementação de ferramentas de apoio e condução de estudos

teóricos e empíricos –, a utilização sistemática de Teste de Software em ambientes de desenvol-

vimento ainda não é uma prática comum. No contexto nacional, por exemplo, os resultados da

quinta edição da pesquisa Qualidade e Produtividade no Setor de Software Brasileiro, realizada

Capítulo 1. Introdução

3

no período de setembro/2001 a abril/2002 pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (DSI/CGSA,

2002), indicaram que apenas parte das empresas desenvolvedoras de software no país utilizam

algum tipo de teste como método para detecção de erros. De modo geral, os resultados obtidos de-

monstram a dificuldade da indústria em incorporar e aplicar em seu processo de desenvolvimento

tanto recursos já disponíveis comercialmente como novas tecnologias investigadas no ambiente

acadêmico.

Por outro lado, a percepção de que o teste é uma atividade indispensável dentro do processo de

desenvolvimento tem provocado um crescimento significativo na demanda por pessoal capacitado,

sobretudo no ambiente industrial. No entanto, apesar de algumas iniciativas serem identificadas, o

meio acadêmico não tem conseguido atender satisfatoriamente à demanda existente. Como exem-

plos de universidades que oferecem a seus alunos cursos específicos envolvendo Teste de Software

e Garantia de Qualidade podem-se destacar a George Mason University, a Kansas State University

e a Purdue University, esta última possuindo dois cursos de graduação em Engenharia de Software

abordando teste e confiabilidade (Dustin et al., 1999). No Brasil, embora existam mais de 600

cursos de Computação/Informática no país, poucos deles possuem uma disciplina especificamente

voltada ao ensino dos conceitos relacionados à atividade de teste. No caso do ICMC-USP, uma

disciplina no domínio de Teste de Software – VV&T: Verificação, Validação e Teste –, abordando

tanto aspectos teóricos como práticos da atividade de teste, é oferecida aos alunos de graduação.

Dentro da perspectiva apresentada, este trabalho procura, basicamente, investigar e definir me-

canismos de apoio ao processo de desenvolvimento instrucional, visando a fornecer subsídios para

a formação e a capacitação de recursos humanos. Como um estudo de caso, os mecanismos iden-

tificados são aplicados no contexto específico de Teste de Software, objetivando o domínio e a

disseminação de conhecimentos técnico-científicos na área.

1.2

Motivação

Conforme discutido na seção anterior, a preocupação com ensino e treinamento, tanto no ambi-

ente acadêmico, apoiando a pesquisa e o estudo de novas tecnologias, como no meio industrial,

oferecendo atividades de complementação curricular e formação continuada na aplicação das tec-

nologias existentes, requer que vários aspectos sejam levados em consideração. De modo geral,

entre os aspectos investigados destacam-se: (1) a autoria de material didático; (2) a apresentação

do material, de maneira controlada, aos aprendizes; e (3) o apoio à interação e à colaboração entre

os atores do processo (aprendizes, instrutores/mediadores, monitores, etc.).

Procurando abordar os aspectos acima relacionados, uma das linhas que tem sido objeto de

intensa pesquisa refere-se ao desenvolvimento e implementação de ambientes e sistemas educa-

cionais que ofereçam suporte à disponibilização de material didático, à condução de atividades

práticas, e à avaliação e acompanhamento dos aprendizes (Eberspächer et al., 1999; Goldberg et

4

1.2. Motivação

al., 1996; Guzdial et al., 2002; Leiva et al., 2002a; Leiva, 2003; Lucena et al., 1998, 1999; Menasce,

1998; Pacheco et al., 1999b; Pimentel et al., 2001, 2002).

De modo geral, uma grande diversidade de características e funcionalidades associadas aos am-

bientes e sistemas educacionais, tanto em aspectos pedagógicos como técnicos e administrativos,

pode ser observada. Entretanto, apesar dos aspectos apoiados, uma limitação comum à maioria

dos trabalhos conduzidos refere-se ao fato dos ambientes e técnicas subjacentes concentrarem-se

na criação da estrutura, armazenamento do conteúdo e controle de acesso ao material didático, dei-

xando a tarefa de modelagem do conteúdo educacional inteiramente a cargo do autor do curso, sem

qualquer tipo de suporte ou mesmo diretrizes e atividades sistemáticas que apóiem sua elaboração.

Tal limitação direciona-nos à outra linha de pesquisa relevante – a modelagem de conteúdos

educacionais. No processo de ensino e treinamento, a modelagem representa uma atividade es-

sencial para a estruturação do conhecimento, apoiando a identificação e a definição de conceitos e

informações associadas, possibilitando, em última análise, que os mesmos sejam disponibilizados

de modo coerente e ordenado, com base em teorias e princípios educacionais previamente defi-

nidos. De fato, a simples utilização de recursos computacionais não garante necessariamente o

sucesso e a efetividade do aprendizado. A qualidade do material didático utilizado também cons-

titui um fator determinante nessa perspectiva e, com isso, a modelagem dos conteúdos associados

torna-se um aspecto fundamental.

Ressalta-se, no entanto, que apesar de sua importância no processo ensino e treinamento, pou-

cos são os modelos especificamente voltados à modelagem de conteúdos educacionais (Kawasaki

& Fernandes, 1996; Leiva et al., 2002b; Leiva, 2003; Pansanato & Nunes, 1999; Pimentel, 1997,

1998). Além disso, como não há um conjunto pré-estabelecido de requisitos associados à ativi-

dade, cada um dos modelos existentes aborda aspectos distintos, os quais podem ser adequados a

um determinado cenário e inadequado para outros.

Evidenciam-se, com isso, alguns pontos importantes a serem considerados no contexto da ativi-

dade de modelagem de conteúdos educacionais: (1) a necessidade do estabelecimento de requisitos

e perspectivas de modelagem que forneçam subsídios à construção, comparação, avaliação e se-

leção de modelos para representação de conteúdos; e (2) a necessidade de abordagens integradas,

capazes de reunir e aplicar, de forma consistente, os diversos aspectos de modelagem observados.

A modelagem de conteúdos é apenas uma das atividades a serem consideradas no contexto

de desenvolvimento de módulos educacionais (conteúdos teóricos e práticos integrados por meio

de recursos tecnológicos e computacionais). De fato, o desenvolvimento de tais produtos requer

que, além de aspectos essencialmente técnicos, fatores gerenciais e organizacionais também se-

jam considerados. Adicionalmente, tais módulos podem ser disponibilizados aos aprendizes de

diferentes maneiras, evoluídos em função do aprendizado proporcionado a partir de sua utilização,

e reutilizados em produtos e domínios de conhecimento correlatos, em diferentes contextos de

ensino e treinamento e para aprendizes com perfis distintos. Em virtude da diversidade e comple-

Capítulo 1. Introdução

5

xidade dos fatores envolvidos, a construção de tais produtos demanda tempo e recursos (humanos,

técnico-administrativos e econômicos), não podendo ser considerada uma atividade trivial.

Sob vários aspectos de desenvolvimento, a produção de módulos educacionais assemelha-se à

produção de software. No caso de software, métodos, ferramentas e procedimentos têm sido defi-

nidos e integrados visando ao estabelecimento de processos sistemáticos que resultem em produtos

confiáveis e eficientes (Pressman, 2001; da Rocha et al., 2001). De maneira análoga, o estabele-

cimento e a aplicação de práticas sistemáticas e disciplinadas que garantam a produtividade do

processo de desenvolvimento e a qualidade dos produtos gerados também são necessários no que

se refere a módulos educacionais.

Dentro do contexto apresentado, evidencia-se a relevância em se definir e padronizar proces-

sos para o desenvolvimento de módulos educacionais, a exemplo do que já ocorre em software.

Em linhas gerais, tais processos podem ser apoiados na identificação de aspectos e característi-

cas similares àquelas observadas na produção de software, incorporando ainda fatores específicos,

como práticas de projeto instrucional (Clark, 2003; Kruse, 2003; Lee & Owens, 2000) e aspectos de modelagem de conteúdos educacionais, entre outros.

Os aspectos e limitações discutidas nesta seção motivaram a que se investigassem mecanis-

mos de apoio específicos dentro do contexto de ensino e treinamento. Tais mecanismos foram

caracterizados basicamente em duas linhas de atuação – Modelagem de Conteúdos Educacionais