Espacios. Vol. 36 (Nº 12) Año 2015. Pág. E-5
Analise das competências de aprendizagem de estatística por meio de um sistema baseado em framework
Analysis of statistical learning skills through a framework based system
Eliana Cláudia Mayumi ISHIKAWA 1; Guataçara dos SANTOS JUNIOR 2; Sani de Carvalho Rutz DA SILVA 3; Fabio Edenei MAINGINSKI 4; Daniel Henrique ROSAS 5
Recibido: 02/03/15 • Aprobado: 12/04/2015
Contenido
2. Procedimentos metodológicos
5. Proposta de desenvolvimento do sistema “FRAMCE”
RESUMO: |
ABSTRACT: |
1. Introdução
Atualmente, não há dúvidas acerca da relevância do conhecimento estatístico para a formação plena do cidadão, Batanero; Arteaga e Contreras (2011), afirmam que o conhecimento e a formação estatística devem estar presentes nos indivíduos, onde esses devem ser capazes de interpretar e tomar suas decisões com base em informações estatísticas, sendo assim muitos conteúdos estatísticos foram incluídos nas propostas curriculares da maioria dos países. Em tais propostas é defendido que a implementação da Estatística deva ocorrer desde os anos mais elementares.
Desta maneira, educadores e pesquisadores tem promovido esforços para mudar a realidade de ensino em estatística em diversos níveis educacionais. Logo, surgem novas técnicas de exploração de dados e uso de recursos computacionais que auxiliam no desenvolvimento de três importantes competências estatísticas: o letramento estatístico, o pensamento estatístico e o raciocínio estatístico (CAMPOS et al.,2011).
Estudos indicam que a aprendizagem dos alunos melhora quando se utiliza de forma agregada, a teoria, os experimentos, a realidade do aluno e os recursos computacionais (BARROQUEIRO; AMARAL; OLIVEIRA, 2011). Esses últimos também possibilitam aos professores medir a aprendizagem dos alunos por meio de um processo de mapeamento de competências.
No presente trabalho, apresenta-se uma proposta de desenvolvimento de um sistema informatizado baseado em framework como uma estratégia facilitadora no processo de mapeamento das competências estatísticas desenvolvidas por alunos dos anos finais do Ensino Fundamental.
Assim, a idéia central do sistema proposto, denominado FRAMCE (Sistema baseado em Framework para Mapeamento de Competências Estatística) é o de auxiliar o processo de mapeamento das competências estatísticas desenvolvidas por alunos de forma informatizada. Inicialmente foi realizada uma breve revisão sobre os objetivos da Educação Estatística e frameworks de domínio. Em seguida, elaborou-se a proposta de desenvolvimento do sistema proposto e as funcionalidades parciais obtidas.
2. Procedimentos metodológicos
O trabalho foi operacionalizado por meio de duas fases, a primeira diz respeito à criação do software e a segunda a realização do experimento, por meio do sistema, utilizando como domínio o aprendizado de estatística.
Na fase de criação do software, foi realizado o levantamento dos requisitos funcionais necessários para a criação de um sistema baseado em competências e habilidades. Em seguida, foi definido o modelo de análise por meio da aplicação dos conceitos de framework, reforçando assim, a confiabilidade e a reusabilidade do modelo. O desenvolvimento desta etapa foi realizado por meio dos Diagramas Unified Language Modeling (UML), tais diagramas podem ser descritos como uma linguagem de modelagem utilizada para demonstrar as fronteiras e as funções do sistema. Esses modelos devem auxiliar na visualização de como o sistema deverá ser, ou seja, permitir especificar a estrutura e os processos elementares que deverá executar.
A linguagem de programação escolhida foi a linguagem Java, por ser uma linguagem de programação orientada a objetos e de propósito geral, ou seja, pode ser usada para escrever qualquer aplicação, desde simples programas de cinco linhas até aplicativos complexos.
Na fase de realização do experimento, foi escolhido o domínio da aplicação, no caso dessa proposta, o domínio de aprendizado de estatística nos anos finais do Ensino Fundamental. Por meio dessa definição foi necessário identificar as competências e habilidades necessárias para o aprendizado de estatística nos anos escolares definidos, o que pressupõe o estudo das ementas e conteúdos que podem ser ministrados de acordo com cada grupo e a preparação dos exercícios estatísticos. Para finalizar essa fase, o sistema foi alimentado no domínio estatístico, onde foram realizadas atividades de testes e essas foram submetidas a resolução dos exercícios e posteriormente realizado o mapeamento das competências estatísticas por meio do sistema.
Cabe ressaltar que a proposta de desenvolvimento do modelo proposto não foi totalmente concluída, o que implica ainda em resultados parciais, as quais serão apresentadas neste trabalho.
3. Educação estatística
Não rara às vezes os estudantes tendem a equiparar a Estatística à Matemática e esperam que o foco esteja em números, fórmulas e cálculos em geral, sempre com uma resposta certa. Ao se analisar esses os dois conceitos, percebe-se que o entendimento de que Estatística não é apenas matemática, possibilitou o aparecimento de um novo campo de estudo que foi chamado de Educação Estatística (CAMPOS et al., 2011).
A Educação Estatística se difere da Educação Matemática, pois esta enfatiza as questões simbólicas do ensino e a aprendizagem de Estatística que, não necessariamente, estão presentes no trabalho com a Matemática (MOORE, 2004).
Um dos aspectos relevantes da Educação Estatística é que esta se preocupa tanto com o procedimento, quanto com as discussões geradas pela manipulação de dados quantitativos. Constitui-se então de um campo de investigação, que tem como objetivo o ensino e aprendizagem dos conceitos estatísticos e contribui para uma aprendizagem mais significativa para os alunos.
Ao se desenvolver as metas de aprendizagem de Estatística é importante considerar as similaridades e as diferenças entre as principais competências estatísticas, a saber: o letramento, o pensamento e o raciocínio estatístico, a fim de se planejar as atividades instrucionais e as avaliações de aprendizagem, usando instrumentos adequados.
Segundo Gal (2002), pode-se considerar que um adulto é letrado estatisticamente quando o mesmo é capaz de interpretar e avaliar informações estatísticas de modo crítico, além de argumentar as conclusões a que chega a respeito de tais informações. Concepção semelhante é defendida pela pesquisadora Lopes (2010, p. 8):
"Ser estatisticamente competente significa que se desenvolveram atitudes, capacidades e conhecimentos estatísticos que permitem ser crítico e reflexivo em relação à informação veiculada através de eventuais conteúdos estatísticos, mesmo em uma utilização indevida ou abusiva".
Concorda-se com Campos et al. (2011) ao afirmarem que o letramento estatístico inclui capacidades básicas e importantes, necessárias para o entendimento de informações estatísticas. Segundo esses autores, tais capacidades se referem à organização de dados, construção e apresentação de diferentes modos de representação de dados, entendimento de conceitos, de símbolos e de vocabulário e, ainda, a capacidade de elaborar questionamentos acerca de informações estatísticas recebidas.
Para que um indivíduo possa atingir por completo a competência de letramento estatístico, considera-se necessário que o mesmo possa desenvolver concomitantemente as competências de pensamento e raciocínio estatísticos. Embora o raciocínio e o pensamento estatísticos expressem competências distintas, acredita-se que os mesmos se complementam, de modo a gerar o letramento estatístico. Para corroborar com essa linha de entendimento, encontrou-se um diagrama elaborado por DelMas (2002), no qual o pesquisador apresenta o letramento estatístico sob uma perspectiva ampla, com raciocínio e pensamento estatísticos contidos num conjunto maior. Na figura 1 a seguir, pode-se observar o diagrama elaborado pelo pesquisador:
Figura 1 - Relação entre as competências estatísticas.
Fonte: (DELMAS, 2002, p. 4)
Ainda nesse entendimento, considera-se que um indivíduo letrado estatisticamente tenha pleno domínio sobre as capacidades referentes às competências de pensamento e raciocínio estatístico.
O pensamento estatístico envolve um modo de pensar que inclui um raciocínio lógico e analítico. Ele permite avaliar o problema de maneira sistêmica e envolve um entendimento de porquê e como as investigações estatísticas são conduzidas.
Cazorla e Oliveira (2010) concluem que o pensamento estatístico proporciona a utilização adequada de ferramentas estatísticas na solução de problemas, o entendimento da essência dos dados e a possibilidade de se fazer inferências, o que pressupõe um maior exercício de cidadania. Neste sentido, verifica-se que o pensamento estatístico ocorre quando os modelos matemáticos são associados ao domínio do problema em questão, ou seja, quando surge à identificação da situação analisada e se faz uma escolha adequada das ferramentas estatísticas necessárias para sua descrição e interpretação (CAMPOS et al., 2011).A inferência se dá a partir da capacidade de se tirar conclusões, criticar e avaliar os resultados obtidos.
No que diz respeito ao raciocínio estatístico, esse pode ser definido como sendo o modo como às pessoas raciocinam com as idéias estatísticas, conseguindo assim dar um significado à informação estatística, isto envolve, por exemplo, fazer interpretações sobre dados, representações gráficas e construção de tabelas.
O raciocínio estatístico leva o indivíduo a entender e ser capaz de explicar um processo estatístico, e ter a capacidade de interpretar, por completo, os resultados de um problema baseado em dados reais. O raciocínio estatístico envolve ainda, a habilidade de se trabalhar com as ferramentas e com os conceitos estatísticos (ANDRADE, 2008).
Cada uma das competências da educação estatística é importante, enquanto que a sobreposição é um ponto essencial para a pesquisa, o ensino e o desenvolvimento curricular em estatística.
Campos (2007, pag.63) resume cada uma das competências da seguinte maneira:
"O letramento pode ser vista como o entendimento e a interpretação da informação estatística apresentada, o raciocínio representa a habilidade para trabalhar com as ferramentas e os conceitos aprendidos e o pensamento leva a uma compreensão global da dimensão do problema, permitindo ao aluno questionar espontaneamente a realidade observada por meio da Estatística".
Assim, considera-se que apesar de não ser possível ensinar as competências de raciocínio, pensamento e letramento estatístico diretamente aos alunos, esses devem ser trabalhados de forma contínua pelos professores, através de atividades, exercícios e recursos tecnológicos adequados que poderão dar suporte na construção do saber por parte do aluno.
4. Framework de domínio
Um framework de domínio tem a finalidade de capturar conhecimento e especialidade em um domínio de problema particular (TALIGENT, 1994). Além disso, representa um conjunto de subsistemas, subframeworks e componentes interagindo e colaborando de forma a produzir um projeto geral para um domínio particular.
Uma das atividades mais relevantes do desenvolvimento de frameworks de domínio está em determinar quais pontos devem ser classificados como de estabilidade ou de flexibilidade. Matos (2009) relata que os pontos de estabilidade correspondem aos aspectos comuns a todas as aplicações do domínio, enquanto os de flexibilidade representam os pontos que são específicos a cada aplicação-exemplo.
A utilização de um modelo extensível facilita o reuso de artefatos após o desenvolvimento de framework, contribuindo para a diminuição do tempo e do esforço de desenvolvimento de uma nova aplicação. Isso poderá acarretar um aumento na produtividade, visto que o que será reutilizado já foi depurado e testado.
O processo de desenvolvimento de frameworks de domínio consiste em uma evolução iterativa de suas estruturas de classes, envolvendo atividades de identificação de classes, modelagem de cenários e identificação de estados de objetos, entre outras.
As abordagens existentes na literatura têm o intuito de auxiliar o processo de desenvolvimento de frameworks de domínio e são comparadas com o objetivo de fornecer um levantamento de seus benefícios e também de suas dificuldades. O método escolhido para o desenvolvimento do sistema foi o de Landin e Niklasson (1995), em que se defende a análise dos requisitos, classes e objetos comuns nas aplicações-exemplo, não ignorando o domínio do framework.
Observa-se que a proposta de desenvolvimento de um sistema baseado em framework para mapeamento de competências pode ser construída com esta abordagem, tendo por base o domínio de estatística com integração da análise dos requisitos, classes e objetos abstraídos dos processos de mapeamento de competências.
5. Proposta de desenvolvimento do sistema "FRAMCE"
O processo de mapeamento de competências tem como objetivo captar não somente as competências técnicas, mas, também as de natureza cognitiva do ensino da Estatística, que é de desenvolver nos alunos as competências estatísticas.
Atualmente as principais técnicas e procedimentos utilizados durante o processo de mapeamento de competências estatísticas são: a entrevista, observação, questionários e simulações, além do uso do pré – teste e do pós – teste como instrumentos de comparação de dados obtidos. Observa-se que as técnicas descritas se referem à subjetividade da avaliação dos dados para enquadramento de tais competências, o que pode induzir ao erro, seja em decorrência de um cálculo errado, ideias pré-concebidas do avaliador, entre outros.
Neste sentido, faz-se necessário a existência de técnicas e ferramentas de apoio que possam oferecer capacidade de avaliar o processo de aprendizagem, por meio do mapeamento das competências de aprendizagem estatística. Assim, as tecnologias computacionais podem ser usadas como uma ferramenta de apoio importante ao ensino de Estatística, uma vez que suas características aceleram os processos de investigação e análise de dados levando a compreensão de determinados conceitos estatísticos.
Existem diversos recursos computacionais disponíveis que permitem aprimorar os mecanismos de aprendizagem estatística, sejam elas planilhas eletrônicas, aplicativos direcionados a ambientes educacionais de ensino e aprendizagem estatística ou Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVA) - (ESTEVAM; KALINKE, 2013). A partir da avaliação de tais tecnologias foi possível constatar que nenhuma delas fornece subsídios pedagógicos suficientes que possibilite ao educador mapear competências individuais de maneira informatizada, assim, torna-se necessário utilizar técnicas e procedimentos "manuais" para realizar o mapeamento dessas competências.
Assim, a idéia central do sistema proposto, denominado FRAMCE (Sistema baseado em Framework para Mapeamento de Competências Estatísticas) é o de auxiliar o processo de mapeamento das competências estatísticas desenvolvidas por alunos de forma informatizada.
Por meio dos resultados parciais obtidos, o sistema possibilitará ao professor criar recursos que sejam capazes de informar as competências estatísticas desenvolvidas pelos alunos de acordo com o ano escolar e conteúdo específico, e as questões relacionadas com esses conteúdos, serão classificadas de acordo com o seu grau de dificuldade/complexidade. Ressalta-se que um sistema baseado em framework possibilita o reuso tanto de código, como de análise e de projeto. Desta forma, o sistema poderá avaliar e mapear habilidades e competências em domínios diferentes, bem como permitirá maior agilidade no processo de análise dos resultados de aprendizagem tanto do grupo como de forma individual. A partir desses resultados, os professores poderão desenvolver com os alunos atividades que favoreçam a aquisição de conhecimentos disciplinares significativos, estratégias de treinamento e desenvolvimento por competências ou habilidades, em que participem aqueles que realmente necessitem ampliar seus domínios em uma ou mais competências.
Nesta pesquisa o domínio escolhido foi o aprendizado de estatística nos anos finais do Ensino Fundamental, para tanto, as competências estatísticas de raciocínio, pensamento e letramento e suas respectivas habilidades devem ser cadastradas. Cada das três competências deverá estar vinculada a uma ou mais habilidades necessárias para o aprendizado de estatística para os referidos anos escolares.
A figura 2 ilustra a organização dos dados no sistema, onde deverá ser cadastrado o ano escolar, as ementas e conteúdos que podem ser ministrados de acordo com cada grupo, assim como os exercícios estatísticos, habilidade e/ou habilidades relacionadas de acordo com a competência estatística.
Figura 2 – Organização dos dados no sistema.
Para realizar a inserção dos exercícios estatísticos por meio do FRAMCE, o Ano Escolar, a Ementa e o Conteúdo deverão estar previamente cadastrados, assim como as competências estatísticas e suas respectivas habilidades. Para cada um desses objetos, haverá uma interface para a operacionalização dos mesmos.
Os exercícios estatísticos serão preparados, selecionados e categorizados de acordo com a sua complexidade, com as habilidades que poderão ser alcançadas com a resolução dos mesmos. Por meio do módulo de exercícios, deverá ser selecionado o ano escolar para o qual o exercício será criado, assim uma lista de conteúdos é preenchida após essa escolha.
A área para elaboração do exercício é compreendida por uma área de texto e botões de comandos que possibilitam ao usuário: formatar textos, inserir imagens, tabelas, margens, entre outras funcionalidades, conforme mostra a figura 3.
Figura 3 – Criação de um exercício
Para se criar um exercício, são necessárias as seguintes etapas: digitação do exercício; indicação de uma alternativa correta e realizar a associação do exercício. Nesta ultima etapa o usuário deverá escolher: o grau de complexidade ou dificuldade (podendo se "baixo", "médio" e "alto"); a associação com a competência e a(s) respectiva(s) habilidade(s) esperada(s).
Ao salvar o exercício, o sistema irá gerar um arquivo no formato HTML, contendo o exercício recém-criado. Também será salva uma referência a este arquivo no banco de dados, contendo um código único (que será usado para gerar o nome do arquivo HTML), um trecho do enunciado (máximo de 100 caracteres), a área a que ele pertence.
Os exercícios criados poderão ser gerenciados por meio dos seus conteúdos, nível de complexidade e competência estatística. Ao abrir a interface gráfica o usuário deverá escolher uma das formas de gerenciamento e na sequencia, o sistema deverá listar todos os exercícios cadastrados para a opção escolhida. Cabe ressaltar que os exercícios poderão ser editados, excluídos ou selecionados para compor uma lista de atividades.
Para uma lista de exercícios ser criada o usuário precisa definir parâmetros referente ao: ano escolar, conteúdo, competência estatística, complexidade, numero de exercícios. Os exercícios que irão compor a lista poderão ser gerados de forma aleatória pelo sistema ou escolhidas manualmente pelo usuário. A figura 4 apresenta a tela inicial para a criação de uma lista de exercícios.
Figura 4 – Criar lista de exercício
Na atividade gerada também serão inclusos os campos "Nome" e "Data", sendo a data devidamente preenchida de acordo com a inserida pelo usuário.
O módulo mapeamento permite a visualização do histórico das atividades geradas no sistema e realizar o mapeamento de competências atingidas pelos alunos, após a resolução das listas de exercícios.
Na visualização do histórico, o sistema deverá apresentar uma tabela contendo o histórico completo de todas as atividades já geradas no sistema, assim como uma lista com todos os anos escolares, conteúdos e competências estatísticas cadastrados no banco de dados.
O mapeamento se dará por meio de uma análise quantitativa, onde será possível avaliar o percentual de acerto de uma lista de exercícios e das competências correspondentes a cada uma das atividades dessa lista, a fim de mapear as competências estatísticas do grupo e também de forma individual. O sistema deverá permitir que, por meio de um relatório, o professor tenha acesso a cada uma das atividades da lista de exercícios, e informações inerentes a este, tais como, quais competências foram avaliadas e a média de acertos do grupo e individual.
6. Conclusão
Atualmente, não há dúvidas acerca da relevância do conhecimento estatístico para a formação plena do cidadão, sendo consenso que o conhecimento e a formação estatística devem estar presentes desde os anos mais elementares.
Sabendo-se que a aprendizagem dos conteúdos estatísticos podem ser potencializados quando se utiliza de forma agregada, a teoria, os experimentos e os recursos computacionais, esse artigo apresentou uma proposta de desenvolvimento de um sistema informatizado baseado em framework, como uma estratégia facilitadora no processo de mapeamento de três importantes competências estatísticas: o letramento, o pensamento e o raciocínio estatístico. Assim, a principal função do sistema proposto, denominado FRAMCE (Sistema baseado em Framework para Mapeamento de Competências Estatísticas) é o de auxiliar o processo de mapeamento das competências estatísticas desenvolvidas por alunos dos anos finais do Ensino Fundamental de forma informatizada.
Entende-se que o sistema proposto poderá auxiliar os professores a avaliar e mapear habilidades e competências em domínios diferentes, por meio de listas de atividades que possuam exercícios específicos, bem como permitirá maior agilidade no processo de análise dos resultados de aprendizagem tanto do grupo como de forma individual. A partir desses resultados, os professores poderão desenvolver com os alunos atividades que favoreçam a aquisição de conhecimentos disciplinares significativos, estratégias de treinamento e desenvolvimento por competências ou habilidades, em que participem aqueles que realmente necessitem ampliar seus domínios em uma ou mais competências.
Embora os resultados apresentados aqui sejam parciais, e o domínio da aplicação seja de aprendizado de estatística nos anos finais do Ensino Fundamental, cabe ressaltar que por ser um sistema baseado em framework, o mesmo possibilita o reuso tanto de código, como de análise e de projeto e sua funcionalidade pode ser estendida para realizar o mapeamento de competências em domínios diferentes.
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