Promovendo a Aprendizagem Ativa por meio da estratégia Jigsaw: experiências com Liquid Galaxy

Headnote

Resumo: Este trabalho traz a experiencia prática no uso da estratégia de aprendizagem cooperativa (Jigsaw) para o ensino de partes específicas de desenvolvimento da plataforma Liquid Galaxy, da Google. Os assuntos envolvidos relacionavam-se a Sistemas Operacionais, Redes de Computadores, FrontEnd e BackEnd e envolviam um grupo de 10 estudantes de graduaçao em Engenharia de Computaçao, do 2°, 3° e 4° semestres. Para verificar a efetividade do processo de aprendizado destes estudantes, utilizou-se o instrumento ASPECT para coletar os dados baseado em valor da atividade em grupo, esforço pessoal e contribuiçao do professor.

Palavras-chave: Aprendizagem cooperativa; Jigsaw; Processo de ensinoaprendizagem; Liquid Galaxy.

Abstract: This paper shows the practical experience using a cooperative learning strategy called Jigsaw. It is used to teach over the Liquid Galaxy platform created by Google, different subjects related to Operative Systems, Computer Networks, FrontEnd and BackEnd. This study was applied to a group of 10 Computer Engineering undergraduate students from the 2n, 3d and 4th semesters. To verify the effectiveness of the learning process of these students, the ASPECT instrument was used to collect data based on the value of group activity, personal effort and instructor contribution.

Keywords: Cooperative learning; Jigsaw; Teaching-learning process; Liquid galaxy.

1.Introduçao

De acordo com a Associaçao Brasileira das Empresas de Tecnología da Informaçao e Comunicaçao (Brasscom)1, embora o Brasil esteja vivendo uma crise económica nos últimos anos, o setor de Tecnologia da Informaçao e Comunicaçao (TIC) tem sido um propulsor de desenvolvimento e crescimento. Além disso, a média salarial nesta área é de 2.8 vezes maior que a média dos demais setores da economia.

Se por um lado o mercado de trabalho na área de Tecnologia da Informaçao (TI) parece bastante atraente, por outro lado, os cursos de graduaçao nesta área sao tidos como extremamente difíceis pelos estudantes. No Brasil, por exemplo, de acordo com as Entidades Mantenedoras de Estabelecimentos de Ensino Superior no Estado de Sao Paulo (Semesp), os cursos desta área sao os que tem a maior taxa de desistencia de estudantes: em torno 66,66% em cursos de Sistemas de Informaçao e de 75% em cursos de Ciencia da Computaçao (Martins; Rodrigues; Knihs, 2019). Ainda que os CST (Cursos Superiores de Tecnologia) da área tenham taxas menores de evasao (possivelmente pela menor duraçao e por terem foco em públicos mais específicos), há casos, como os dos cursos em Licenciatura em Computaçao, que vem sofrendo, além da evasao, também com um declínio na procura (Bezerra; Silveira, 2011).

Entre as causas identificadas para a alta desistencia nestes curso estao a baixa motivaçao dos estudantes, a falta de capacidade de pensamento abstrato, o baixo conhecimento de matemática, o desconhecimento sobre o conteúdo programático do curso e as dificuldades associadas a ele (Piteira; Costa, 2013). Essa evasao é ainda mais crítica nos primeiros anos, segundo Silva Filho et al. (2007) que afirmam que, de maneira global, percebe-se uma taxa de evasao no primeiro ano de curso na ordem de até tres vezes maior do que a ocorrida nos demais anos.

Há que se considerar, entretanto, que devido aos recentes cambios sociais (formas de trabalho, de comunicaçao, relaçoes interpessoais, entre outros), influenciados majoritariamente pela evoluçao tecnológica, as pessoas igualmente vem mudando as formas como buscam informaçao e constróem conhecimento (Lemke, 2010). Em decorrencia disso, sao necessárias pesquisas e experimentaçoes empíricas de metodologias de ensino e aprendizagem, focadas em práticas ativas, tais como sala de aula invertida (Bishop; Verleger, 2013), Problem-Based Learning (PBL) (Barrows, 1986), Jigsaw (Aronso, 1978), entre outras. Muitas destas metodologias sequer podem ser consideradas como "novas", como é o caso de PBL e Jigsaw, abordada neste trabalho. Entretanto, ao contextualizarse sua aplicaçao na contemporaneidade, as possibilidades de colaboraçao trazidas pelo recente avanço de aparatos e técnicas computacionais podem trazer novas roupagens a tais metodologias.

Jigsaw é baseado em aprendizagem cooperativa, em que os estudantes sao divididos em grupos para a resoluçao de problemas, de maneira que atinjam um bom aprendizado e boa comunicaçao, de forma bastante autónoma. Em termos gerais, trata-se de uma estratégia de agrupamento na qual os estudantes sao organizados em (ao menos) dois grupos, um grupo Jigsaw ("quebra-cabeças") e um grupo de "Especialistas", contendo um membro de cada grupo Jigsaw. Os membros do grupo de "Especialistas" focam em uma tarefa específica para, em seguida, retornarem aos grupos Jigsaw para compartilhar seu aprendizado. Espera-se, assim, que o aprendizado dos grupos de "Especialistas" possa ser replicado de maneira eficaz e rápida por toda a classe.

Neste sentido, o objetivo deste trabalho está em analisar a aplicaçao da estratégia Jigsaw para promover o aprendizado de uma tecnologia dentro de um grupo de pesquisa formado por estudantes de graduaçao. A tecnología utilizada foi a Liquid Galaxy2, que se baseia em clusterizaçao, controladores de hardware e múltiplas telas. Além do objetivo de aprendizado, Jigsaw foi utilizado para melhorar a motivaçao e engajamento dos estudantes, promover a comunicaçao entre as pessoas e instigar o espirito de liderança e autonomia.

Este trabalho está estruturado como segue. Na seçao 2, sao apresentados os temas da fundamentaçao teórica, necessários para o entendimento do restante do trabalho. Já na seçao 3, estăo os detalhes da aplicaçao da estratégia Jigsaw, adaptada ao contexto do trabalho. Na seçao 4, sao trazidos os resultados e discussoes. Finalmente, na seçao 5 estao presentes as conclusoes do trabalho.

2.Fundamentaçao Teórica

2.1.Aprendizagem Cooperativa e a Estratégia Jigsaw

Aprendizagem cooperativa, nascida na década de 1970, caracteriza-se principalmente por sua natureza social, em que os estudantes interagem entre si e compartilham suas ideias, tornando sua compreensao individual e mútua mais eficaz. A aprendizagem ocorre em um meio particular, no qual se desenvolvem habilidades intelectuais e interpessoais e se estabelecem relaçoes sociais (Fatareli et al., 2010).

De acordo com o trabalho de Johnson et al. (1974), para que o trabalho cooperativo seja funcional e produtivo, ele deve respeitar as seguintes premissas:

* interdependencia positiva - num trabalho coletivo, há um objetivo em comum a ser alcançado, e cada membro do grupo está preocupado com o aprendizado de sua equipe;

* responsabilidade individual - responsabilidade sobre o auto-aprendizado, aprendizado da equipe e retorno positivo para o grupo;

* interaçao face a face - oportunidade de interagir com os colegas de modo a explicar, elaborar e relacionar conteúdos;

* habilidades interpessoais - sao desenvolvidas algumas características holisticas, tais como: competencias de comunicaçao, confiança, liderança, decisao e resoluçao de conflito;

* processamento grupal - análises regulares e sistemáticas sobre o desenvolvimento do grupo e na progressao na aprendizagem.

A estratégia Jigsaw (Aronson, 1978) vai ao encontro dos principios estabelecidos pelo aprendizagem cooperativa; caracteriza-se por um conjunto de procedimentos específicos, especialmente adequado ao desenvolvimento de competencias cognitivas.

Em sua primeira fase, os estudantes sao distribuidos em grupos de base (grupo Jigsaw) e um determinado tópico é discutido por todos de cada grupo. O tópico é subdividido em tantos subtópicos quantos os membros do grupo. Já na segunda fase, cada estudante discute com os membros dos outros grupos a quem foi distribuido o mesmo subtópico (especialistas). Após o aprendizado, cada especialista volta ao grupo de base e apresenta o que aprendeu sobre o seu subtópico aos seus colegas, de modo que sejam reunidos os conhecimentos indispensáveis para a compreensao do tópico em questao. O aprendizado se dá de forma individual, primeiramente, seguido pelo aprendizado da equipe. Cada estudante precisa aprender a matéria para 'si próprio' e também explicar aos seus colegas, de forma clara, o que aprendeu (Cochito, 2004). Na Figura 1, é possível ter informaçoes do esquema básico do método.

2.2.Trabalhos Relacionados

Vários trabalhos sobre o uso da estratégia baseada na aprendizagem cooperativa (Jigsaw) foram encontrados na literatura. Fatareli et al. (2010) descrevem o uso de Jigsaw aplicado a estudantes do 2° ano do ensino médio, numa escola brasileira. Neste estudo a metodologia foi utilizada para o ensino de Química. No final da pesquisa, os estudantes responderam a um questionário para a análise da aceitaçao da atividade. Os resultados indicam pontos positivos no uso de tal metodologia entre os quais: a aprendizagem cooperativa pode criar condiçoes para um melhor ensino de conteúdos de Química; pode contribuir para a formaçao de um cidadao consciente e estimular atitudes cooperativas na escola e no ambiente social.

Já Jimenez, Vargas e Santamaría (2007) abordam a utilizaçâo de Jigsaw para o ensino de Estatística, tradicionalmente rotulada como difícil para os estudantes. O estudo está inserido numa disciplina em um ambiente virtual de aprendizagem, no contexto europeu. Também foi trabalhado o desenvolvimento de competencias e habilidades, transversais e específicas, que nao sao comumente trabalhadas em metodologias mais tradicionais, mas identificadas como fundamentais para o processo do aprendizado contínuo.

Também Carvalho, Dominguez e Morais (2019) contribuem para a investigaçao empírica sobre estratégias ativas de ensino e aprendizagem, tal como Jigsaw, que promovam o desenvolvimento do pensamento crítico. O estudo envolveu uma turma de estudantes de primeiro ano do curso de licenciatura de Engenharia Mecánica, em que se buscou saber em que medida uma estratégia pedagógica integrada, utilizando Pesquisa Guiada (PG) e Jigsaw, pode promover capacidades e disposiçoes de pensamento crítico. Os resultados desta pesquisa apontam para o potencial desta estratégia na aquisiçao de conhecimento, no desenvolvimento das capacidades de questionar, analisar, avaliar e sintetizar informaçao e das disposiçoes de autoconfiança e de curiosidade intelectual.

De acordo com a busca realizada na literatura, percebe-se a predomináncia de pesquisas no uso da estratégia Jigsaw aplicada no contexto de sala de aula, tanto no ensino médio, quanto no ensino superior. Este trabalho diverge destes, por ser usado no contexto de um grupo de pesquisa e nao em sala de aula.

2.3.Liquid Galaxy

O Liquid Galaxy é um cluster de computadores, controladores e múltiplas telas, tal como apresentado na Figura 2 (Tickner, 2016). Foi criado em 2008, pelo trabalhador do Google, Jason Holt e liberado mais tarde sob uma licença de código aberto. O projeto começou como uma ferramenta de visao panorámica de múltiplas telas para trabalhar com o Google Earth, a fim de criar um espaço de experiencias imersivas para os usuários. Com o tempo, outras aplicaçoes foram desenvolvidas e hoje ela pode ser usada como uma ferramenta para empresas em sistemas de informaçao geográfica, agencias imobiliárias, renderizaçao de figuras 3D, jogos e outros.

Todos os computadores estao conectados na mesma rede privada e se comunicam entre eles utilizando uma arquitetura master-slave, client-server ou ambos, dependendo do aplicativo a ser usado. No caso do Google Earth, por exemplo, é usada uma arquitetura master-slave.

A interaçao do usuário com o sistema pode ser feita usando diferentes tipos de dispositivos, como mouse, teclado, mouse 3D, interface da web, Leap Motion, Kinnect, Google Assistant e outros. No entanto, o núcleo do projeto oferece uma única configuraçao estável para uma interface da web desenvolvida com a linguagem PHP e também com um mouse 3D chamado "Space Navigator". O navegador espacial é um controlador de seis eixos, permitindo mover-se em todas as direçoes, girar, aproximar, afastar e girar em um movimento completamente fluido. O Liquid Galaxy funciona enviando mensagens do tipo "ViewSync" por meio de sua rede interna. As mensagens sao enviadas como datagramas UDP que descrevem, por exemplo, a posiçao central do Google Earth no nó master.

3.Metodologia do Trabalho

Para implementar a estratégia Jigsaw em um projeto interdisciplinar em que os estudantes colaboram como voluntários, foi necessário criar e adaptar objetivos específicos para que eles fossem atingidos. As seçoes a seguir especificam como a estratégia Jigsaw foi adaptada com base no conhecimento prévio dos estudantes e nos objetivos específicos estabelecidos pelo instrutor. Também pode-se encontrar a avaliaçao dos estudantes em relaçao ao aprendizado usado com base no instrumento ASPECT (Wiggins et al., 2017).

Os passos para atingir os objetivos gerais e específicos do projeto foram:

1. Obter do perfil de cada estudantes através de coleta de informaçao sobre conhecimentos previos sobre Desenvolvimento Web, Redes de Computadores, Sistemas Operacionais e Ingles.

2. Aplicar a estratégia Jigsaw.

a. Apresentaçao do problema.

b. Divisao dos estudantes em grupos heterogéneos.

c. Apresentaçao da lista de tarefas de cada área.

d. Composiçao dos estudantes em grupos de especialistas.

e. Retorno dos estudantes ao grupo heterogéneo.

f. Apresentaçao da soluçao proposta pelos estudantes.

3. Avaliar o aprendizado.

3.1.Caracterizaçao dos Estudantes e do Ambiente

A experiencia relatada neste documento foi realizada por seis meses como um projeto de pesquisa para um total de 10 estudantes de graduaçao em Engenharia da Computaçao em um centro universitário brasileiro, localizado no interior do estado de Sao Paulo, com inicio no primeiro semestre de 2018. A distribuiçao dos estudantes era heterogénea com os estudantes do primeiro, segundo e terceiro anos.

A Figura 2 apresenta o conhecimento previo dos estudantes em relaçao as tecnologías com as quais eles teriam que trabalhar. Esta informaçao foi coletada a partir da percepçao de cada estudante em relaçao a seu conhecimento sobre desenvolvimento Web, Redes de Computadores, Sistemas Operacionais e proficienda em ingles (porque a documentaçao técnica está escrita nesse idioma e se pretendía usar o ingles como idioma veicular no projeto).

3.2.Aplicaçâo da Estrategia

3.2.1. Apresentagăo do problema

Na primeira sessao de trabalho, a tecnología Liquid Galaxy é apresentada, assim como as suas funcionalidades básicas, e dois projetos foram dados aos estudantes. O primeiro projeto era constituido da instalaçao da ferramenta Liquid Galaxy e o segundo baseou-se na melhoria de determinadas funcionalidades do mesmo sistema.

3.2.2. Divisăo dos estudantes em grupos heterogéneos

O objetivo principal de trabalhar com o projeto Liquid Galaxy era explorar como os estudantes podiam descobrir, por meio de aprendizagem por descoberta, diferentes áreas do conhecimento que ainda nao haviam sido abordados em seus estudos.

Com esta finalidades, o projeto Liquid Galaxy pôde ser utilizado visto que para entender seu funcionamento sao necessários conhecimentos nas áreas de Redes de Computadores, Sistemas Operacionais, Desenvolvimento Web e tecnologias baseadas em cloud. Assim, os estudantes foram agrupados nos seguintes blocos de conteúdo: Grupo 1. Redes de Computadores e Sistemas Operacionais; Grupo 2. Backend e cloud; Grupo 3. Frameworks de Frontend

Entăo os 10 estudantes foram divididos em tres grupos (3, 3 e 4 pessoas). Cada um dos grupos tem como objetivo principal a instalaçao de uma instância do Liquid Galaxy. Cada seleçao de grupo foi feita de acordo com seu maior conhecimento previo.

3.2.3. Apresentaçöo da lista de tarefas de cada área

Uma lista de tarefas foi apresentada para os grupos para que pudessem realizar a instalaçao corretamente da arquitetura supracitada. Estas tarefas foram criadas pelo instrutor e sempre tinham elementos para serem executados por cada um dos tres grupos. Para o projeto 1, criar um servidor onde se pode analisar o tráfego dos pacotes UDP através da porta 4000 que utiliza imagens como recurso, os grupos foram dispostos em:

1. Sistemas operacionais/ Redes - controlar o tráfego de rede através de uma porta do sistema.\

2. FrontEnd - projetar a parte visual.

3. BackEnd - implementar as funçoes do servidor Firebase para ser executada pelo FrontEnd.

Dentro do grupo, cada estudante foi responsável por solucionar sua tarefa com a ajuda dos outros especialistas e, finalmente, compartilhar com os outros membros do grupo a sua soluçao.

3.2.4. Composiçöo dos estudantes em grupos de especialistas

O passo seguinte foi reunir os grupos de especialistas em cada tema para discutir como abordar o problema. Os estudantes tiveram que discutir as diferentes opçoes e dividir o trabalho internamente para encontrar uma soluçao. Uma vez encontrada a soluçao, este grupo era finalizado.

3.2.5. Retorno dos estudantes ao grupo heterogéneo

Visto que cada grupo encontrou a soluçao do problema, os especialistas voltaram a seus grupos originais (composto por especialistas de cada área tratada). Com o grupo reunido novamente e, com todas as partes do projeto resolvidas, faz-se o compartilhamento de informaçoes obtidas no agrupamento de especialistas. Entao, a última tarefa de cada grupo é unir todas as partes do projeto para finalizar a tarefa solicitada.

3.2.6. Apresentaçöo da soluçao proposta pelos estudantes

Após a compreensao de todas as partes por cada estudante de cada grupo, eles elaboraram um relatório e apresentaram o resultado ao instrutor.

3.2.7. Continuaçöo dos estudos

Com o primeiro objetivo cumprido (instalaçao de uma arquitetura de software), foi solicitada a realizaçao do segundo objetivo do projeto. Este consistía em melhorar elementos da instalaçao previamente realizados. Neste ponto, somente as tarefas a serem desenvolvidas foram passadas para todos os estudantes.

Compostos em grupo, entăo, eles se organizaram para a divisăo das tarefas entre os grupos e em sub-tarefas entre os membros do mesmo grupo. Estas tarefas consistiam, por exemplo, em: remover arquivos e pastas de pacotes que năo estăo funcionando; redesenhar protocolo de comunicaçao entre o 3D Space Navigatior para operar em modo wireless e reestruturar o sistema baseado em nuvem da Google. Entăo, reaplicaram a estratégia Jigsaw, de forma bastante autónoma.

4.Resultados e Discussoes

Para avaliar o aprendizado do grupo de estudantes foi utilizado o instrumento ASPECT (Wiggins et al., 2017). As 16 questoes presentes no instrumento concentram-se em tres aspectos principais: valor da atividade do grupo (VA), esforço pessoal (PE) e contribuiçao do instrutor (IC). Nas Tabelas 1, 2 e 3 sao apresentadas 16 questoes adaptadas deste instrumento, a fim de se ajustar aos propósito desta pesquisa. Este instrumento foi disponibilizado feito por meio de um formulario on-line assim que a aplicajăo do Jigsaw foi concluida. Săo apresentados também os resultados coletados dos estudantes, categorizados em tres grupos. Também estăo incluidas as respostas extraidas da entrevista com o instrutor.

De maneira a facilitar a identificaçao de tendencia, as respostas seguem uma escala de Likert sem ponto central, com seis niveis, em que o primeiro nivel denota total discordância da afirmaçao e o sexto nivel, total concordância.

De acordo com a Tabela ı, verifica-se uma avaliaçâo de tendencia positiva quanto a dimensäo do Valor da Atividade. Pela análise dos dados, percebe-se uma certa insegurança quanto a percepçâo de aprendizagem durante o processo, o que pode estar relacionado a uma certa imaturidade inerente a faixa etária. Pode tambem denotar uma compreensäo da dimensäo do campo conceitual e tecnico a ser explorado, revelando que parte dele ainda näo foi compreendido ou explorado. Há pequenas ressalvas quanto a qualidade das contribuiçöes do grupo nos esforços de cooperaçâo.

A análise das respostas na Tabela 2 traz aspectos de autocrítica dos estudantes quanto ao esforço pessoal dedicado ao projeto. As autocríticas mais relevantes dizem respeito a qualidade da contribuiçâo do estudante ao grupo e ao foco nas atividades do projeto.

Os dados presentes na Tabela 3 mostram uma avaliaçao positiva dos estudantes quanto ao preparo, entusiasmo e a capacitaçao do instrutor. Há ressalvas quanto ao atendimento pessoal do instrutor e seus assistentes, o que denota a percepçao de uma necessidade de maior guidance por parte dos estudantes.

4.1. Resultado da entrevista com o Instrutor

Após a conclusao do projeto, o professor é entrevistado para conhecer a percepçao que teve após aplicar a metodologia supracitada. Por ser uma atividade voluntária e complementar na universidade, foi oferecida a um número maior de estudantes. Embora 16 pessoas estivessem interessadas inicialmente, o projeto começou com 10 estudantes. As demais pessoas saíram por motivos pessoais ou incompatibilidade com o horário de trabalho. Apenas uma pessoa desistiu inicialmente por causa da complexidade do projeto.

A automotivaçao e a atitude proativa foram elementos observados ao longo do projeto nos diferentes estudantes, mostrando uma atitude muito positiva com o auto-aprendizado nao supervisionado. Os estudantes valorizaram muito positivamente o fato de serem capazes de trabalhar com tecnologias novas antes de ser estudadas na sala de aula. Este foi o caso especial de disciplinas com conteúdo baseado em Sistemas Operacionais e Desenvolvimento Web. Ao cursá-las no próximo semestre, a nota mínima de estudantes que participaram no projeto foi igual ou superior a 9. O trabalho em equipe foi um valor essencial desenvolvido durante os meses em que o projeto durou, onde os estudantes trabalharam entre si para criar um ambiente saudável e livre de problemas.

Como fragilidade da estrategia implementada, encontra-se o fato do desconhecimento inicial dos estudantes, bem como a falta de experiencia no trabalho em equipe. Essa foi uma grande barreira inicial, para a qual foi necessário aplicar um direcionamento guiado. A interaçao e a supervisao do instrutor nesses momentos iniciais foram necessárias para atingir o primeiro objetivo com as tarefas. Porém, o resultado foi satisfatório, conseguindo atingir todas as fases do projeto e de forma paralela se trabalhou para que participaram do programa de bolsas de estudos do Google, "Google Summer of Code" conseguindo que dois estudantes ganhassem uma bolsa para trabalhar durante 3 meses com uma organizaçao open-source.

5.Conclusoes

Este artigo apresentou situaçoes de como usar a estrategia Jigsaw para ser aplicada como uma ferramenta interdisciplinar com estudantes de Engenharia da Computaçao de uma Faculdade particular no interior do Estado de XXX (omitido para blind review), no Brasil. A plataforma Liquid Galaxy é usada para a descoberta nao guiada de elementos curriculares que ainda nao foram apresentados para estudantes dos primeiros anos de graduaçao.

O desafio inicial que os estudantes tiveram foi utilizar com tecnologías ainda desconhecidas para eles e ter que aprender, de maneira autónoma, como trabalhar com elas. O fato de trabalhar em um projeto do Google teve um grande impacto para ajudar a desmistificar a ideia de que tais projetos sao de uma complexidade inatingível.

Os estudantes conseguiram realizar a instalaçao e aplicar melhorias no sistema, aumentando o conhecimento que possuíam em diferentes áreas curriculares, além de trabalhar em outros aspectos, como gerenciamento de projetos. Desta forma, os resultados do uso dessa estratégia fornecem dados positivos sobre o interesse demonstrado pelos estudantes, bem como o nível de conhecimento adquirido por eles.

Quanto a avaliaçao da experiencia, as tres dimensoes avaliadas (Valor da Atividade, Esforço Pessoal e Contribuiçoes do Instrutor) mostram que há espaço para melhorias na estratégia, como um maior feedback, de maneira a que os alunos se sintam mais guiados em seus processos individuais e cooperativos de aprendizagem. Um bom feedback também auxilia em uma auto-análise mais positiva a respeito da qualidade das próprias contribuiçoes do aluno ao grupo e ao projeto.

Como trabalho futuro, pretende-se continuar aplicando a mesma estratégia - com refinamentos - para novos estudantes, aproveitando aqueles já treinados para acompanhar o processo de aprendizagem entre pares, e analisando os seus impactos na aprendizagem

Footnote

1 https://brasscom.org.br/

2 https://liquidgalaxy.org/

3 https://angel.co/prqjects/529988-liquid-galaxy

References

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