Desenvolver o gosto pela matemática e pelo estudo das matemáticas escolares: criação de um protótipo de Sistema Inteligente de Ensino-Aprendizagem no âmbito do PMatE®

Abstract

Esta investigação surge da necessidade identificada, do Projecto Matemática Ensino (PMatE®) da Universidade de Aveiro, em desenvolver um protótipo de Sistema Inteligente de Ensino/Aprendizagem que retire o máximo proveito dos seus recursos educativos digitais desenvolvidos na área da matemática, durante os últimos 28 anos. Desenvolveu-se assim uma ferramenta inovadora, capaz de se adaptar à evolução da aprendizagem de cada utilizador, aos seus objetivos e às suas preferências. Pretendeu-se, portanto, explorar a implementação de um modelo do aluno (incluso no sistema PmatE) de tipo aberto, no qual este tem acesso à sua interface, pode monitorar o seu progresso e escolher quais os conteúdos que lhe interessa explorar. Para tal, usamos a metodologia do desenvolvimento que Van den Akker (1999) definem como tendo dois principais objetivos: primeiro, apoiar o desenvolvimento de produtos protótipo - no nosso caso, plataforma digital assente num mapa de conceitos global - incluindo dados empíricos sobre a sua eficácia; segundo, prosseguir com as direções e indicações metodológicas para a conceção e avaliação deste produto, afim de melhorar o processo de ensino-aprendizagem. De acordo com esta metodologia, organizamos o trabalho em três fases: 1) análise e avaliação da situação inicial, na qual fizemos revisão da literatura, com ênfase nas teorias de aprendizagem, modelos de ensino, modelos de tutoria, mapas de conceitos, multimédia educativo, sistemas inteligentes e sistemas interativos, bem como programas curriculares da matemática do ensino básico de cinco países; 2) conceção e realização do protótipo, na qual elaboramos, previamente, um macro mapa de conceitos dos conteúdos curriculares da matemática de todo o ensino básico e elaboramos, depois, um mapa de conceitos detalhado do tópico "números e operações", que serviu de base à criação do protótipo de sistema; 3) implementação e avaliação que, de acordo com a metodologia do desenvolvimento, não impunha, a priori, um desenho metodológico rígido fazendo com que as técnicas e instrumentos de recolha de dados fossem adequadas a cada fase específica. Recorremos, assim, à observação participante e não participante, de acordo com a situação/tarefa, aos registos em diário da investigadora, grelhas e registos eletrônicos (screencast e estatísticas do sistema), a inquérito por questionário e por entrevista semi-estruturada, a testes de usabilidade com recurso ao protocolo think aloud, individual e/ou coletivo com registo em vídeo, prototipagem rápida e análise documental. Relativamente ao tratamento dos dados, que foi também o adequado a cada situação/tarefa em conformidade com a técnica e instrumento usados, usamos, sobretudo, análise de conteúdo (Bardin, 2009) e estatística descritiva quando tal se justificou. Os resultados obtidos no tratamento dos dados permitem-nos concluir que a presença (existência no sistema de ensino e aprendizagem) de um modelo de aluno, personalizável e adaptativo, potencia a motivação para o estudo (resultando em melhores aprendizagens), permite um acompanhamento mais próximo pelo professor (tutoria), e que o uso de diferentes recursos multimédia e interativos favorece as condições de aprendizagem.

This research arises from the identified need of the Mathematical Teaching Project, Projecto Matemática Ensino (PMatE®) of the University of Aveiro to develop a prototype of lnteliigent Teaching/Learning System that takes maximum advantage of its digital educational resources developed in the area of mathematics during the last 28 years. An innovative tool has been developed that is capable of adapting to the evolution of each user's learning capacity and skills, to their goals and to their preferences. It was intended, therefore, to explore the implementation of an open type student model (included in the PmatE system), in which the student has access to its interface, can monitor its progress and can choose which content it is interested in exploring. To achieve that, we use the development methodology that Van den Akker (1999) define as having two main objectives: first, to support the development of prototype products - in our case, a digital platform based on a global concept map - including empirical data regarding its efficiency; Second, to continue with the directions and methodological indications for the conception and evaluation of this product, in order to improve the teaching-learning process. According to this methodology, we organized the work in three phases: 1) analysis and evaluation of the initial situation, in which we reviewed the literature, with emphasis on learning theories, teaching models, mentoring models, concept maps, educational multimedia, intelligent systems and interactive systems, as well as curricular programs of preliminary school / 1st degree mathematics in five countries; 2) conception and production of the prototype, in which we previously elaborated a macro map of concepts of the curricular contents of mathematics of all preliminary school / 1st degree education, and then elaborated a detailed concept map of the topic "numbers and operations", which was the foundation for the creation of the prototype system; 3) implementation and evaluation which, according to the development methodology, did not impose, a priori, a rigid methodological design, making the techniques and instruments of data gathering adequate for each specific phase. Thus, we used participant and non-participant observation, according to the situation / task, to the researcher's journal registries, electronic registries and grids (screencast and system statistics), to the questionnaire survey and semi-structured interview, to the usability tests using the think aloud protocol, individual and / or collective with video recording, rapid prototyping and documentary analysis. Regarding data processing, which was also appropriate to each situation / task according to the technique and instrument used, we mainly used, content analysis (Bardin, 2009) and descriptive statistics when justified. The results obtained in the treatment of the data allow us to conclude that the presence (in the teaching and learning system) of a student model, personalizable and adaptive, enhances the motivation for the study (resulting in better learning), allowing a closer monitoring (tutoring), and that the use of different multimedia and interactive resources favors the learning conditions.