HOME | ÍNDICE POR TÍTULO | NORMAS PUBLICACIÓN

Espacios. Vol. 37 (Nº 11) Año 2016. Pág. E-1

Desenvolvimento e Validação de um Serious Game para Laboratórios de Química

Development and Validation of a Serious Game for Chemistry Laboratories

Alex CANDIAGO 1, Luiz Teruo KAWAMOTO Jr. 2

Recibido: 19/12/15 • Aprobado: 23/02/2016

Contenido

1. Introdução

2. Referencial teórico

3. Metodologia

4. Levantameto de dados

5. Discussão dos resultados

6. Considerações finais

7. Referências bibliográficas

1. Introdução

Nos procedimentos de segurança de laboratoriais existem muitas situações que podem comprometer a capacidade laboral do técnico. São elementos que podem impactar em seu "know-how": Treinamento ultrapassado, inviabilização de capacitação e atualização mediante carga técnica e esquecimento de rotinas não-triviais. Outros elementos que impactam diretamente na capacidade final do profissional o alto custo em capacitação, obtenção de materiais de laboratório, validação de produtos e treinamento de pessoal.

Um dos maiores problemas é que os cursos com carga essencialmente laboratorial tais como: A engenharia elétrica, A engenharia de produção, A biomedicina e A educação Física, e disciplinas como: Química Geral e Inorgânica, Química Geral, Microbiologia e Imunologia, não possuem uma aprendizagem técnica eficiente uma vez que os alunos possuem acesso aos laboratórios apenas na faculdade.

No estudo de Silva e Mastroeni (2009) foi evidenciado o baixo conhecimento dos alunos de medicina com práticas de biossegurança refletindo a indisponibilidade de laboratórios devido ao alto custo de equipamentos. Esta escassez de pratica laboratorial pode comprometer a inserção do profissional no mercado de trabalho. Desta forma, há uma competição entre as instituições de ensino, demandando novos projetos pedagógicos, com matrizes mais enxutas, menor tempo de duração dos cursos e carga horária das disciplinas teóricas e práticas, propiciando cada vez mais a formação em ambientes virtuais, o que permite as instituições redução de custos, solucionando a problemática da diminuição de tempo de contato com laboratórios.

Embora existam poucos dados relevantes sobre acidentes em laboratórios, já que não são controlados ou levados a público, constatou-se na pesquisa de Muller e Mastroeni (2004) de 16 indivíduos que atuavam no Laboratório de Biomarcadores de Contaminação aquática e imunoquímica (LABICAI), oito sofreram pelo menos um tipo de acidente durante o período estudado, destes acidentes a maioria era de alunos de pós-graduação correspondendo a 77,8% do total. O uso do Serious Game (SG) reduzirá consideravelmente este número, produzindo além de ganho de qualidade de aprendizagem, a preservação do chamado fator humano.

Segundo Shudayfat et al. (2012) o uso de recursos computacionais oferece vantagens, tais como: O aluno explorar elementos de difcil acesso no mundo real, elementos e situações reais sem sacrificio de tempo. Whitton e Hollins (2008) afirmam que através de serious games e interfaces imersivas os alunos experimentam novos mundos e contextos autenticos orientados ao aprendizado onde a resultante destas interações poderá ser transferida ao mundo real.

Imran et al. (2012) afirmam que a grande vantagem de ambientes virtuais para a simulação de emergência é que permite a preparação dos envolvidos para futuras situações de emergência nunca ocorridas permitindo ao usuário comportar-se de forma melhor em um contato real. Gaoqi et al. (2011) aponta que um sistema de treino emergencial eficiênte deverá conter os procedimentos e protocolos de ação necessários ao controle de qualquer situação vivenciada na emergencia.

Através da virtualização de situações de risco pode-se avaliar protocolos e procedimentos necessários para a resolução de situações de forma rápida e eficiente, preparando o aluno de modo a não cometer os erros no mundo real e caso ocorra alguma adversidade este saiba reagir rapidamente. De acordo com Gaoqi et al. (2011) a melhor forma de prevenir um acidente é municiar o envolvido com a maior quantidade de informações referentes ao ambiente de trabalho para assim dar melhores condições de reação em caso de emergência uma vez que a maior dificuldade de um treinamento prático de situações de emergência é a falta de possibilidades de simular acidentes em ambiente real.

Através de ambientes virtuais podemos simular todas as situações de emergência e situações de risco preparando-os para futuras situações que se assemelhem as treinadas. Diante desta situação, a utilização do ambiente virtual  facilita a observação criteriosa de todas as ações tomadas, e como decorrência disto o desempenho em situações de risco melhora. De acordo com Shudayfat et al. (2012), Rankin et al. (2009), Oliveira et al. (2010), Olivares e Bertoni (2012) dentre as aplicações 3D encontradas poucas são para a área de ensino-aprendizagem, embora já sejam utilizados jogos para tratar de assuntos como a manipulação de uma tabela periódica, no qual os alunos aprendem a utilizar a tabela periódica de forma imersiva.

O objetivo deste trabalho é desenvolver e validar um ambiente virtual 3D para o ensino de procedimentos de segurança em laboratórios de química, permitindo uma aprendizagem interativa, no qual o aluno terá que tomar iniciativa de procurar os Equipamentos de Proteção Individual (EPI's) e os Equipamentos de Proteção Coletiva (EPC's) e somente quando julgar que pegou todos, entrar no laboratório. O que dinamiza e internaliza as noções de segurança, tornando-a mais real do que o uso de simples questionários. O objeto de estudo é uma faculdade com 6.000 alunos localizada em Guarulhos. O estudo justifica-se pela necessidade de redução de acidentes em laboratórios e redução de custos devido crise em que o país passa. A metodologia utilizada é baseada em procedimentos de segurança adotados definido pelos padrões do regimento do Conselho Regional de Química de São Paulo e das Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho e Emprego e da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).

2.1 Desenvolvimento de ambientes virtuais de aprendizagem

Segundo Xavier (2011), são inúmeras as ofertas de informação, aprendizagem,  entretenimento e lazer disponíveis às crianças e aos adolescentes depois da chegada das tecnologias digitais, principalmente com a popularização do computador conectado à internet. Certamente essas tecnologias têm influenciado comportamentos e estimulado novas maneiras de como estes indivíduos veem o mundo e se relacionam com ele, criando uma nova realidade cultural e sociotécnica hoje bastante marcada pela utilização de ferramentas digitais.             

Todo este cenário estabelece a necessidade irreversível da utilização das novas tecnologias que motivam o aluno atual. Para Butler-purry et al. (2009), no mundo hodierno, os videogames se tornaram uma parte essencial da cultura das crianças. O surgimento da "Geração Gamer" apresenta desafios interessantes para os educadores. Métodos de ensino e ferramentas tradicionais claramente não têm o mesmo sucesso que eles tiveram no passado. 

Este cenário é irreversível e é necessário evolução para atingir este novo público, como inserir os jogos na educação como apoio aos métodos tradicionais de ensino utilizando os SG em FPP, pode ser uma alternativa. Segundo Rankin et al. (2009), os jogos no modo demonstração Unreal Tournament têm a mesma aparência e sensação do jogo Unreal Tournament comercial, que é popular, no modo FPS amplamente disponível e recomendado para maiores de 15 anos. Com softwares como estes os alunos tomam iniciativa para resolver os problemas propostos, desta forma o ambiente desenvolvido neste trabalho proporciona que o aluno seja o protagonista do AVS, no qual seleciona os ítens necessários para solucionar os desafios apresentados.

Segundo Battaiola (2001) quando se usa FPP o nome do jogador é avatar já quando se usa terceira pessoa o nome do jogador é ator. Apesar de inicialmente o jogo estar associado unicamente à área do entretenimento, nos últimos anos tem sido valorizado cada vez mais o seu papel na área da formação e como ferramenta de ensino-aprendizagem. Um SG é um jogo que procura ir além do simples entretenimento, tendo pretensões educativas, políticas, ideológicas, formativas ou sociais (ZYDA, 2005). Para Michael e Chen (2006), a definição mais simples para serious games, ou jogos sérios, é que são aqueles jogos que não têm o entretenimento ou diversão como propósito primário. Estes games possuem diversas aplicações, como jogos educacionais e também simuladores, jogos para divulgação de produtos comerciais (advergames), aplicações militares, jogos para a saúde e treinamento etc.

Um dos maiores desafios no cotidiano de um docente é trabalhar de forma lúdica já que os aparelhos eletrônicos dominam nossa realidade (JORENTE, 2009). A solução é utilizar esta fixação pelo mundo digital à favor da educação e propor o desenvolvimento de AVS com todas cacarcterísticas de um jogo. O software será utilizado como ferramenta de apoio para as disciplinas que necessitam do uso da prática em laboratórios de química no ensino superior em uma instituição privada.

Para que um SG seja adequado à educação médica, é importante que ele reproduza com realismo as situações vivenciadas no cotidiano, ou seja, no mundo real. Com a tecnologia da RV, é possível simular computacionalmente ambientes reais, de modo a recriar cenários e situações vivenciadas no cotidiano da medicina (MACHADO et al., 2011).

Além de todas as questões citadas anteriormente, utiliza-se cada vez mais tecnologias de jogos para proporcionar um ambiente virtual fidedigno ao real proporcionando experiência de imersão ideal para o aluno. De acordo com Shudayfat et al. (2012), um espaço virtual constitui-se em um ambiente ideal para criação de um ambiente interativo no qual os alunos sejam capazes de comparar diferentes métodos de ensino, possibilitando a estes a escolha das práticas mais adequadas ao cenário proposto. Estudos de Johnsen et al. (2007) comprovaram o aprendizado efetivo e a transferência do aprendizado a partir destes ambientes.

Segundo Shudayfat et al. (2012), o uso de realidade virtual no processo educacional oferece algumas vantagens, tais como: permitir que o aluno explore lugares e coisas que são de difícil acesso; possibilitar ao aluno explorar as coisas reais, sem sacrificar os padrões de tamanho e tempo. Inicialmente os SGs foram utilizados para fins militares e posteriormente para fins para estudos de habilidades sociais e também na área da saúde (POURABDOLLAHIAN et al,. 2012).

A grande vantagem do uso de SG é a sua metodologia, posto que esta abrange três perspectivas, a educacional, a psicológica e a computacional (YUSSOF, 2010). No âmbito educacional utiliza as teorias educacionais mais difundidas, tais como a teoria piagetiana que prega que o conhecimento é construído a partir das interações entre o sujeito e o meio o quena atualidade pode-se, por analogia, aplicar também ao mundo virtual. Essas interações ocorrem pelas ações do sujeito e pela coordenação destas como o meio, cuja interiorização gera preservação, formação ou transformação das estruturas cognitivas do sujeito, decorrentes de processos de equilibração, entre assimilações, e acomodações, que geram novos significados (PIAGET, 1972).

Para construir um SG é necessário mais do que simplesmente entregar o seu desenvolvimento a uma equipe de criação de jogos eletrônicos convencionais (ZYDA et al., 2005). A Figura 3 exemplifica o processo de desenvolvimento de um Serious Game, envolvendo todo o cenário descrito anteriomente.

Figura 1 – Diagrama de desenvolvimento de jogo sério.

Fonte: (ZYDA, 2005)

A utilização de SG na educação torna o aprendizado lúdico e dinâmico, despertando e envolvendo o aluno em um contexto que para ele é o melhor, já que estes alunos pertencem a geração Y, formada pelos nativos digitais, sujeitos que nasceram no início dos anos 1990 quando as novas tecnologias entraram nas sociedades com muita intensidade. Essa geração vem crescendo com grande acesso a novas tecnologias, como plataformas de jogos eletrônicos, computadores e telefones celulares multifuncionais (PALFREY; GASSER, 2008).   

2.3. Ambientes virtuais de aprendizagem

De acordo com Shudayfat et al. (2012), Rankin et al. (2009), Oliveira et al. (2010) e Olivares e Bertoni (2012), dentre as aplicações 3D encontradas poucas são para a área de ensino, embora já sejam utilizados  jogos para tratar de assuntos como a manipulação de uma tabela periódica, no qual os alunos aprendem a utilizá-la de forma imersiva.

Dentre os laboratórios virtuais desenvolvidos, até o presente momento, somente um utilizou a tecnologia da Unreal. Rankin et al. (2009) citam que foram desenvolvidos dois jogos educacionais em primeira pessoa com a Unreal Tournament 2004 mods-one, um para apresentar o conceito de curvas de solubilidade e outro para o conceito de precipitação da reação química.

O uso de ambientes virtuais no formato de jogo é uma realidade em áreas como mergulho, Kawamoto Jr. e Slaets (2013) desenvolveram e validaram um ambiente virtual para avaliar a capacidade de executar procedimentos de segurança em mergulho autônomo, porém a grande dificuldade é produzir um jogo que se compare com os utilizados pelos jovens e adolescentes em suas casas, já que utilizam alta tecnologia e equipes gigantescas transcontinetais para sua produção.

Imran et al. (2012) constatam que é de grande valia utilizar o desafio como aspecto fundamental de motivação em um jogo, citando como exemplo o jogo de aprendizagem com base na metodologia PAP (Passo a Passo) , no qual estudantes de Engenharia Química têm o desafio de resolver problemas de controle da teoria usando seus celulares para perturbar e corrigir o comportamento de loops de controle em um laboratório remoto.

Em um ambiente virtual pode-se simular situações de risco, e a partir deste cenário pode- se avaliar as normas e ações decorrentes destas para solucionar esta situação de forma rápida e eficiente, preparando o aluno para que estas situações não sejam criadas no laboratório real, e caso ocorra saiba reagir rapidamente. De acordo com Gaoqi et al. (2011), a melhor forma de prevenir um acidente é preparar o envolvido no treinamento com a maior quantidade de informações referentes ao ambiente de trabalho para assim dar melhores condições de reação em caso de emergência.

Mesmo sem conseguir simular todas as situações de emergência, afirma Gaoqi et al. (2011), posto que cada evento possui características próprias, uma pessoa pode ganhar experiência para agir ante situação de risco ou acidente, mesmo que a situação vivenciada não seja idêntica à virtual, conseguindo assim preparar-se melhor para uma situação real.

A maior dificulade de concretizar um treinamento de situações de emergência é a falta de possibilidades de simular acidentes em um ambiente real, mas com a realidade virtual constatou-se que é possível simular virtualmente, já que os seres humanos dependem de sua memória visual. Para ilustrar a importância da orientação visual como referência de ação procedimental, Aoki et al. (2007) afirmam que os astronautas dependem principalmente de orientações visuais, posto que eles se orientam pelo reconhecimento de objetos e superfícies familiares de comprovação em forma de maquetes.

Outra grande vantagem de um ambiente virtual é a possibilidade de simular situações de risco, preparando-os para futuras situações que se assemelham as treinadas. Aoki et al.  (2007) exemplificam que, durante um treinamento, se a visibilidade é reduzida por incêndio ou neblina de água, devido à descompressão rápida, referências não podem ser tão facilmente vistas, nem pelos treinandos, tampouco pelos aplicadores e/ou avaliadores do treinamento. Diante desta situação, a utilização do ambiente virtual  facilita a observação criteriosa, pelos responsáveis pelo treinamento, de todas as ações tomadas, e como decorrência disto o desempenho dos treinandos melhora já que é possível corrigir melhor as intercorrências durante o processo de treinamento e orientação.

Segundo Rizzo et al. (2006), o ambiente de RV oferece o potencial para criar uma sistemática humana de testes e treinamentos que permitem o controle preciso de complexos procedimentos e atores envolvidos, em apresentações dinâmicas, em estímulo 3D. Os autores destacam o uso de um VR (simulador de pilotagem de aviões), que serve para testar e treinar a capacidade de pilotagem, no qual é possível apresentar simulações que avaliam e reabilitam o desempenho funcional humano sob uma variedade de condições de estímulo que não são facilmente reproduzidas e controláveis no mundo real.

Apesar das inovações tecnológicas aplicadas ao universo do SG como recurso pedagógico e de treinamento, Papastergiou (2009) afirma que a maior parte dos jogos educacionais não tem gráficos sofisticados, tampouco os efeitos sonoros e histórias dos jogos imersivos multiplayer e outros jogos comerciais que os alunos utilizam fora da escola. Mesmo assim o resultado atingido com o uso de jogos, como ferramenta de apoio no processo de ensino, é evidente.

A metodologia utilizada é baseada em procedimentos de segurança adotados definido pelos padrões do regimento do Conselho Regional de Química de São Paulo e das Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho e Emprego e da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).

Para o desenvolvimento do Serious Game foi utilizado o Método ICS Escolheu-se a tecnologia dos Serious Games para motivar o novo aluno a aprender, pois conforme afirma Zyda (2007), os videogames estimulam mudanças químicas no cérebro que promovem o aprendizado.

Foram utilizados hardware específico para o desenvolvimento de 3D, Iphone 5 de 16Gb e um Ipad 4 64Gb da Apple, e os softwares UDK Engine 3, Maya 2014, Photshop CS5, ShaderMap Pro, Zbrush 4r3 e Adobe Flash 11. Abaixo na figura 2, laboratórios modelados no Maya 2014, ambiente 3D utilizado como cenário do jogo.

Figura 2: Laboratório de Química modelado em 3D no Maya 2014.

Fonte: Autor

O Diagrama, representado na Figura 3, esquematiza as etapas do Método ICS, dividido em três pacotes principais, o GDD (Game Design Document), implementação e testes desenvolvido especificamente para criar Serious Games.

Figura 3: Diagrama de método ICS.

Fonte: Candiago et al. (2013)

Para a validação do AVS foram aplicados os seguintes testes: Teste de Software, Teste de Usabilidade e prova detalhados no item levantamento de dados.

Para que o AVS seguisse os padrões da estrutura real da faculdade a reprodução da estrutura predial bem como todo mobiliário seguiram os padrões reais.

4. Levantamento de dados

4.1 Coleta de dados

O levantamento de dados foi feito de acordo com a sequencia abaixo:

1. Pré teste, avaliação realizada por 583 alunos (Figura 3), realizado no período de 3/03/2014 a 28/03/2014, mediante preenchimento de questionário utilizado como instrumento de pesquisa;
2.  Teste de software, realizado por desenvolvedores de software (Tabela 1) – grupo formado por 6 professores do ensino superior da área de computação e engenharia que utilizaram o iPad 4 para executar as missões do AVS. A avaliação do software ocorreu no período de 13/01/14 a 18/01/14, mediante o preenchimento de questionário utilizado como instrumento de pesquisa;
3. Teste de software, realizado por professores de computação (Tabela 2) – grupo formado por 6 professores do ensino superior da área de computação e engenharia que utilizaram o iPad 4 para executar as missões do AVS. A avaliação do software ocorreu no período de 13/01/14 a 18/01/14, mediante o preenchimento de questionário utilizado como instrumento de pesquisa;
4. Teste de usabilidade, realizado por especialistas em desenvolvimento de jogos (Tabela 3) – o teste de usabilidade foi realizado com desenvolvedores de jogos, voluntários, que trabalham como professores e desenvolvedores da escola de Arte e Design de Games do Brasil, Saga. Estes executaram o AVS, posteriormente preencheram um questionário, cuja finalidade foi conhecer a experiência em desenvolvimento destes profissionais, em seguida os mesmos avaliaram a usabilidade do AVS.  A pesquisa aconteceu no período de 13/01/14 a 18/01/14 e foi realizada na própria Saga, empresa de desenvolvimento de Games, na unidade localizada na Rua Tuiuti, 2026 – Tatuapé;
5. Teste de usabilidade, realizado por coordenadores de curso - (Tabela 4) – pesquisa realizada no período de 17/03/14 a 25/03/14 com coordenadores de curso da Instituição de Ensino Superior após estes executarem o AVS;
6. Teste de acuidade visual, realizado por coordenadores de curso (Tabela 5) – grupo formado por coordenadores de curso da Instituição de Ensino Superior que, após executarem o AVS, avaliaram a usabilidade do mesmo, no período de 17/03/14 a 25/03/14;
7. Teste de usabilidade, realizado por alunos (Tabela 6) – pesquisa realizada no período de 16/12/2013 a 23/12/2013, por cinco alunos da Instituição de Ensino Superior, que após utilizarem o AVS, responderam a um questionário (Apêndice A);
8. Teste de acuidade visual, realizado por alunos (Tabela 7) Pesquisa realizada com cinco alunos da Instituição de Ensino Superior, após utilizarem o AVS  no período de 16/12/2013 a 23/12/2013;
9. Grupo AVS utiliza SERIOUS GAME, realizado por 237 alunos, no período de 2/04/2014 a 13/06/2014;
10. Pós teste - Posteriormente ao uso do Serious Game os 583 alunos (Figura 4) dos grupos A e B realizado no período de 16/06/2014 a 27/06/2014, mediante preenchimento de questionário utilizado como instrumento de pesquisa. Ao final do teste o Serious Game será disponibilizado para todos alunos garantindo o a inclusão de todos da instituição.
11. Teste de opinião (Quadro 1 e Quadro 2, realizado por 583 alunos, 237 Grupo AVS e 346 Grupo Controle, após utilizarem o AVS, no período de 30/06/2014 a 29/08/2014;

Em relação à usabilidade foi elaborado um questionário abordando os itens fidelidade ao ambiente real, fidelidade aos equipamentos, estrutura, vidraria, EPIs e EPCs disponíveis na instituição. Para este quesito, cinco alunos que já utilizam e conhecem a instituição utilizaram o AVS, fazendo um tour virtual pelas dependências para visualizarem todos os objetos existentes no ambiente.

Para validação do SG foram utilizados alunos que tiveram aulas que abordam o tema biossegurança ou segurança em laboratórios convencionais. Foram 05 voluntários, maiores de 18 anos, independente de ter experiência em jogos de computador, alunos do ensino superior dos cursos de Biomedicina, Enfermagem, Educação Física, Farmácia, Engenharia de Produção e Engenharia Elétrica. Todos estes cursos têm aulas práticas em laboratórios de química.

Foi disponibilizado ao grupo, no período de janeiro a março de 2014, um iPhone 5 e cinco iPads no laboratório da sala 217 do campus III da instituição para os alunos acessarem o AVS. Todos finalizaram pelo menos uma vez as 10 missões do AVS. O uso foi supervisionado pelo Coordenador de Cursos de Sistemas de Informação da Unidade e o grupo de pesquisa de Desenvolvimento de Jogos 3D da Instituição, composto por 12 alunos.

4.2 Análise dos dados

A Tabela 1 apresenta os resultados da pesquisa realizada com os desenvolvedores de software, que após utilizarem o iPad 4 para executar as missões no AVS, avaliaram se o AVS Atende ou Não atende para cada item. No item "Iniciar o AVS" eles responderam Atende às especificações; no item "Carregar o Jogo (AVS)" todos avaliadores aprovaram a opção; no item "Demonstração do AVS" 100% dos envolvidos na avaliação responderam Atende às especificações; no item "Realizar Desafio do AVS" também foi obtido 100% das respostas positivas; no item "Pegar itens do AVS" apenas 1 resposta foi negativa; no item "Sair do Jogo AVS" 5 dos 6 desenvolvedores responderam Atende às especificações.

Tabela 1: Resultado do teste de Software por desenvolvedores  de software - A –(ATENDE) – NA ( NÃO ATENDE)

A Tabela 2 apresenta os resultados da avaliação dos professores de computação, após utilizarem o AVS. No item "Iniciar Jogo (AVS)" todos os professores responderam Atende às especificações; no item "Carregar o Jogo (AVS)" os docentes responderam Atende às especificações; no item "Demonstração do AVS" 100% dos profissionais responderam Atende às especificações; no item "Realizar Desafio do AVS" todos educadores responderam Atende às especificações; no item "Pegar itens do AVS" 5 de 6 desenvolvedores responderam Atende às especificações; no item "Sair do Jogo AVS" 5 de 6 idem ao item "Pegar itens".

Tabela 2: Resultado do teste de Software por professores de computação. A = (ATENDE) – NA = (NÃO ATENDE)

No teste de Usabilidade visualizado na Tabela 3, consolidou-se a usabilidade do AVS, já que todos os desenvolvedores de jogos avaliaram o AVS como muito bom. A escala de avaliação possuía como critérios avaliação os parâmetros: Muito bom (5), Bom (4), Regular (3), Ruim (2) e Muito ruim (1)

Cabe ressaltar que na avaliação feita em referência aos recursos gráficos nos modelos em 3D, todos os avaliadores atribuíram avaliaram como muito bom. Já nos modelos 2D, 60% da avaliação corresponde a muito bom e 40% de avaliação boa. Desta forma os modelos 2D também foram aprovados pelos desenvolvedores. Outros critérios avaliativos como controles obtiveram 100%  de avaliação muito bom e as animações 60% de muito bom e 40% de bom.

Para realizar o teste de usabilidade, contamos com desenvolvedores de jogos, voluntários, que trabalham como professores e desenvolvedores da escola de Arte e Design de Games Saga. 

Tabela 3: Resultado do teste de Usabilidade por desenvolvedores de jogos.  
Muito bom (5) - Bom (4) - Regular (3) - Ruim (2) - Muito ruim (1)

No teste de usabilidade realizado pelos coordenadores de curso da Instituição de Ensino Superior (Tabela 4) os itens recursos gráficos nos modelos em 3D, 2D e animações foram avaliados como muito bom (nota 5), apenas o item "controles" obteve avaliação "bom" (nota 4).

Tabela 4 – Resultado do teste de Usabilidade por Coordenadores de Curso da Instituição de Ensino Superior.
Muito bom (5) - Bom (4) - Regular (3) - Ruim (2) - Muito ruim (1)

Por unanimidade os coordenadores avaliaram como 100% fidedigno todos os itens (Tabela 5).

Tabela 5 – Resultado do teste de Acuidade Visual por Coordenadores de Curso da Instituição de Ensino Superior. Sim (1) - Não (2)

No teste de usabilidade 100% dos alunos pesquisados avaliaram todos os itens como muito bom (Tabela 6).

Tabela 6 – Resultado do teste de Usabilidade por 5 alunos da Instituição de Ensino Superior.
Muito bom (5) - Bom (4) - Regular (3) - Ruim (2) - Muito ruim (1)

O teste de acuidade visual foi realizado no período de 16/12/2013 a 23/12/2013, por cinco alunos, que após utilizarem o AVS, responderam a um questionário. O resultado do teste é visualizado na Tabela 7, os alunos 1, 2, 3 e 5 avaliaram o AVS como 100% fidedigno ao ambiente real, mesmo o aluno 4 também avaliou os itens 1, 2, 3 e 4 como 100% fidedigno. Cabe destacar que o mesmo apontou não conformidade no tocante à acuidade visual somente os itens mesas, cadeiras e mobiliário.

Tabela 7 – Resultado do teste de ACUIDADE 05 por alunos  da Instituição de Ensino Superior.  Sim (1) - Não (2)

Na Figura 4 visualiza-se o gráfico com o resultado pré teste para medir o conhecimento sobre segurança em laboratórios de química feito pelos 383 alunos. Percebe-se em todos os grupos uma média baixa, em Biomedicina 1.54 no grupo controle 1.4 no grupo AVS, Enfermagem 1.0 Grupo Controle e 0.8 no grupo AVS, Educação Física 0.5 Controle e 0.8 AVS, Farmácia 1.4 Controle e 1.3 AVS, Engenharia de Produção 1.8 Controle e 1.7 AVS, Engenharia Elétrica 1.5 Controle e 1.6 AVS.

Figura 4: Gráfico com resultado do pré teste.

Fonte: autor

Na Figura 5 visualiza-se o gráfico com o resultado pós teste confirmando a validação do AVS. Percebe-se em todos os grupos um significativo aumento de nota, em Biomedicina 1.33 no grupo controle 2.1 no grupo AVS, Enfermagem 1.07 Grupo Controle e 2.23 no grupo AVS, Educação Física 0.78 Controle e 1.63AVS, Farmácia 1.72 Controle e 2.87 AVS, Engenharia de Produção 2.32 Controle e 2.37 AVS, Engenharia Elétrica 1.7 Controle e 3.02 AVS.

Figura 5: Gráfico com resultado da validação pós teste do AVS.

Fonte: autor

O Quadro 1, ilustra a média dos resultados, por curso, da pesquisa de opinião. Conforme pode se observar o resultado da avaliação confirma a hipótese, já que a média de facilidade de uso foi de 8,74244 e a de comodidade atingiu a média de 9,862543.

Quadro 1 :  Resultado de teste de opinião de usuários

Fonte: autor

O Quadro 2, ilustra a média dos resultados, por curso, da pesquisa de opinião. Conforme pode se observar o resultado da avaliação confirma a hipótese, já que o método AVS foi escolhido como preferido por 534 alunos, ou seja, 91,59% da amostra e o método tradicional foi escolhido por 49 alunos, ou seja, 8,41% da amostra.

Quadro 2 : Resultado do teste de opinião de usuários

Fonte: autor

O treinamento no AVS tem menor custo que um laboratório físico, o que pode representar uma importante ferramenta para viabilizar os custos das instituições de ensino superior que possuem cursos que necessitam da prática em laboratórios, ao mesmo tempo possibilitando aos alunos uma maior vivência prática. Evidenciado por Yazidi et al. (2011) que ao analisar o binômio tempo – espaço, no ambiente simulado do AVA, a disponibilidade do laboratório virtual é incomparável com a disponibilidade de um laboratório tradicional, uma vez que este depende dos horários da instituição e funcionários para operá-lo, o que pode reduzir o custo por compartilhar os recursos, e também pode estar disponível para experimentos 24 horas por dia, durante todo o ano.

No teste de software os desenvolvedores aprovaram o AVS, pois 100% dos desenvolvedores responderam Atende às especificações para os itens: Inicialização do AVS; Carregar o Jogo; Demonstração e Realizar Desafio. Já para os itens "Pegar itens e Sair do jogo", 83% dos desenvolvedores responderam Atende às especificações.

No teste de Usabilidade visualizado na (Tabela 3), consolidou-se a usabilidade do AVS, já que todos os desenvolvedores de jogos avaliaram o AVS com nota Muito Bom nos modelos 3D, 60% de avaliação Muito Bom nos modelos 2D e 40% de avaliação Boa, desta forma os modelos 2D também foram aprovados pelos desenvolvedores. Os controles obtiveram 100% de nota Muito Bom e as animações 60% de notas Muito Bom e 40% de nota Bom. Já no teste de usabilidade realizado pelos coordenadores de curso da Instituição de Ensino Superior (Tabela 4) apenas o item "controles" obteve avaliação "bom" (nota 4), os outros tiveram avaliação "Muito Bom". Acredita-se que este resultado deve-se ao fato de que os coordenadores não dominam o uso de tecnologias touch da mesma forma que os desenvolvedores e alunos, que avaliaram os controles como "muito bom" (Tabela 3 e 6).         

Com relação ao teste de acuidade visual coordenadores avaliaram como 100% fidedigno todos os itens e se mostraram surpresos com tamanha realidade, elogiando a ferramenta (Tabela 5), já os alunos pesquisados avaliaram todos os itens como 100% fidedigno exceto o mobiliário, que foi avaliado como 80% de fidedignidade.

A partir das notas obtidas durante o processo avaliativo conclui-se que o objetivo desta pesquisa foi atingido, pois o AVS desenvolvido e validado é um bom Serious Game.  Criado em ambiente virtual 3D e em FPP para o ensino de procedimentos de segurança em laboratórios de química, permite uma aprendizagem interativa, uma vez que o aluno terá que tomar iniciativa e procurar os EPIs e os EPCs para poder entrar no laboratório. O que dinamiza e facilita a internalização das noções de segurança, tornando-as mais reais do que o uso de simples questionários, pois além da interface gráfica e dos recursos interativos disponíveis, o AVS mostrou-se eficaz como representação virtual de situações de treinamento e controle em laboratório. 

Estes resultados nos remete a crer, primeiramente, que o uso do AVS pode ampliar a motivação dos alunos, mesma tese defendida por Whitton e Hollins (2008) ao afirmarem que os jogos são ferramentas educacionais adequadas, pois levam ao aumento da motivação do aluno. Num segundo momento nos faz crer que melhorará o desempenho e reduzirá a evasão, ideia corroborada por Barbosa (2005), ao afirmar que a motivação será uma força interior que impulsiona o aluno, sendo decisiva no desenvolvimento, na aprendizagem e na sua permanência no curso até a sua conclusão.

Face aos desafios enfrentados pelas instituições de ensino superior no que tange ao ensino dos procedimentos de segurança em laboratório de Química desenvolveu-se esta pesquisa, cujo resultado foi o Ambiente Virtual de Segurança (AVS).

A validação do AVS ocorreu por meio de teste de caixa preta composto por:

1. Teste de software, realizado por professores de computação;
2. Teste de software, realizado por desenvolvedores de software;
3. Teste de usabilidade, realizado por especialistas em desenvolvimento de jogos, coordenadores de curso e alunos;
4. Teste de acuidade visual realizado por coordenadores e alunos.

De acordo com desenvolvedores, professores universitários de computação e desenvolvedores de jogos envolvidos nesta pesquisa o AVS atende aos quesitos necessários para um SG, podendo ser utilizado como ferramenta de apoio ao ensino superior tradicional.

Com relação ao uso do Ambiente Virtual 3D para laboratórios de Química como ferramenta de apoio ao método tradicional de ensino, pode-se inferir, a partir dos resultados desta pesquisa, que o AVS tem grande potencial, pois simula a realidade sem nenhum custo de insumos laboratoriais e não oferece risco a saúde dos alunos.

Outro aspecto relevante, apontado por este estudo é que, por proporcionar interação com objetos 3D no mundo virtual utilizando técnicas de jogos comerciais aplicadas a SG, um dos principais ganhos com o uso do AVS pode ser o aumento da motivação dos alunos.

Conclui-se que o AVS é um Serious Game compatível com as exigências do mercado de softwares de instrução e treinamento

ALBU, M. M.; K, H. K. E.; HEYDT, G. T.; GRIGORESCU, S. D.; TRUSCA, V. (2004). Embedding Remote Experimentation in Power Engineering Education. IEEE Transaction On Power Systems, São Paulo, v. 9, n. 1, p. 139-143.

AOKI, H.; OMAN, CM.; NATAPOFF, A. (2007). Virtual reality based 3D navigation training for emergency egress from spacecraft. Aviat Space Environ Med, v. 78, p. 774–783,

BARBOSA, D F. (2005) Motivação no Trabalho. Revista de Ciências Empresariais, v. 2, n.1, p. 20-25, jan./jun.

BATTAIOLA, L. B. (2001). Jogos por Computador. In: VI Escola Regional de Informática de São Paulo – ICMC/USP e UFSCar, São Carlos. Anais da VI Escola de Informática. São Carlos: v.1, p. 25-47.

BUTLER-PURRY, K.; VINOD, S.; SUSAN, P. (2009). Video Game for Enhancing Learning in Digital Systems Courses. American Society for Engineering Education Annual Conference and Exposition 2009, v. 1, Austin. Disponível em: < http://search.asee.org/search/fetch?url=file%3A%2F%2Flocalhost%2FE%3A%2Fsearch%2Fconference%2F19%2FAC%25202009Full658.pdf&index=conference_papers&space=129746797203605791716676178&type=application%2Fpdf&charset=>. Acesso em: 10 fev. 2013.

CANDIAGO, A, IANAGUIVARA, ES, SILVA, AP. (2013). ICS Development method for teaching adhd through computational tools. CIACA – Conferência Ibero Americana de Computação Aplicada, Porto Alegre, Novembro.

GAOQI, H; WENTAO, O; MEIYI, M; LIPENG, Z; QINCHENG, H; ZHIYI, X.(2011) Virtual Emergency Rehearse System for Dangerous Gas Diffusion in Chemical Industry Park. Proceedings of the 10th International Conference on Virtual Reality Continuum and Its Applications in Industry. Hong Kong, p. 455-458, dec.

IMRAN, AZ; GHALEB, GAH; KEVIN, FL; JAMSHAID, GM; MOATAZ, EG. (2012) Using Problem Posing and Problem Solving for Game-based Learning in Remote Labs. Advanced Learning Technologies (ICALT), 2012 IEEE 12th International Conference on, p. 716-717, july.

JOHNSEN, K.; RAIJ, A.; STEVENS, A.; LIND, D.S.; LOK, B. (2007). The validity of a virtual human experience for interpersonal skills education. Proc. SIGCHI Conf. on Human Factors in Computing Systems, p. 1049-1058.

JORENTE, M. J. V. (2009). Tecnologias, mídias, criação e hipertextualidade na transformação da informação em conhecimento interativo. 2009. 244 f. Tese (Doutorado em Ciência da Informação) – Universidade Estadual Paulista, Marília.

KAWAMOTO JR., L. T. ; SLAETS, A. F. F. (2013). Software to Train Scuba Dive Procedures. Applied Mechanics and Materials, v. 440, p. 346-353.

MACHADO, L. S.; MORAES, R. M. de; NUNES, F. de L. dos S.; COSTA, R. M. E. M. da.  Serious Games Baseados em Realidade Virtual para Educação Médica. Rev. bras. educ. med. vol.35 nº 2, Rio de Janeiro: Apr./June, 2011. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-55022011000200015&script=sci_arttext>. Acesso em: 05 nov. 2014.

MASTROENI, M F. (2006) Biossegurança aplicada a laboratorios e serviços de saúde. São Paulo: Atheneu, p. 9-80.

MICHAEL, D.; CHEN, S. (2006). Serious Games: games that educate, train, and inform. Thomson Course Technology PTR: Boston.

MULLER, Isabel Cristina2004MULLER, IC; MASTROENI, MF. (2004) Tendência de acidentes em laboratórios de pesquisa. Revista Biotecnologia Ciência Desenvolvimento, Brasília, v. 33, p. 101-107.

OLIVEIRA, JL; UYEKITA, JSK; HIGUCHI, DA; SILVA, RR; LUQUE, L. (2010) Desenvolvimento de um laboratório 3D de Bioquímica. Boletim Técnico da Faculdade de Tecnologia de São Paulo, v. 29, p. 17.

OLIVARES, IR; BERTONI, LFA. (2012) Essential steps to providing reliable results using the Analytical Quality Assurance Cycle. TrAC. Trends in Analytical Chemistry, v.35, p. 109 – 121.

PALFREY, J.; GASSER, U. (2008). Born digital: understanding the first generation of digital natives. New York: Basic book, 335 p.

PAPASTERGIOU, M. (2009). Digital Game-Based Learning in high school Computer Science education: Impact on educational effectiveness and student motivation.  Journal Computers & Education, v. 52, n. 1, p. 1-12.

PIAGET, J. (1972). A Evolução Intelectual da Adolescência à Vida Adulta. Trad. Fernando Becker e Tania B.I. Marques. Porto Alegre: Faculdade de Educação, 1993. Traduzido de: Intellectual Evolution from Adolescence to Adulthood. Human Development, v. 15, p. 1-12.

POURABDOLLAHIAN, B.; TAISCH, M.; KERGA, E. (2012). Serious Games in Manufacturing Education: Evaluation of Leaners' Engagement. Procedia Computer Science, v.15, p. 256-265.

RANKIN, JR; VARGAS, SS; TAYLOR, PF. (2009) Testing Metaphorical Educational FPS Games. International Journal of Computer Games Technology, 2009.

RIZZO, AA; KLIMCHUK, D; MITURA, R; BOWERLY, T; BUCKWALTER, JG; KERNS, K; RANDALL, K; ADAMS, R; FINN, P; TARNANAR, I; SIRBU, C; OLLENDICK, TH; YEH, SC. (2006). A virtual reality scenario for all seasons: the virtual classroom. 11 international conference on human computer interaction. Beijing. v. 11, n. 1, p. 35-44.

SILVA, A. D. R. I. da; MASTROENI, M. F. (2009). Biossegurança: O conhecimento dos formandos da área da saúde. Revista Baiana de Saúde Pública, v. 33, p. 476-487.

SHUDAYFAT, E; MOLDOVEANU, F; MOLDOVEANU, ADB. (2012). A 3d virtual learning environment for teaching chemistry in high school. Proceedings of the 23rd International DAAAM Symposium, Vienna, v. 23, n. 1.

XAVIER, A. C. Letramento digital: impactos das tecnologias na aprendizagem da Geração Y. Calidoscópio. Vol. 9, n. 1, p. 3-14, jan/abr 2011. Unisinos - doi: 10.4013/cld.2011.91.01. Disponível em: <file:///C:/Users/EVANI/Downloads/748-2687-1-PB%20(1).pdf>.  Acesso em: 01 nov. 2014.

YAZIDI, HH; CAPOLINO, GA; BETIN, F; FILIPPETTI, F. (2011). A web-based remote laboratory for monitoring and diagnosis of ac electrical machines. Industrial Electronics,IEEE Transactions on, v. 58, n. 10, p. 4950 –4959, oct. 2011.

YUSSOF, A. A conceptual framework for serious games and its validation. 2010. 177 f. Tese (Eletrônica e Ciência da Computação) – Universidade de Southampton, Southampton, 2010.

WHITTON, M; HOLLINS, P. (2008). Collaborative virtual gaming worlds in higher education. Research in learning technology, v. 16, n. 3, p. 221-229, 2008.

ZYDA, M. (2005). From visual simulation to virtual reality do games. IEEE Computer Society, v. 38, n. 9, p. 25-32, sep.

1. Doutor em Engenharia Biomédica, Docente e Pesquisador do Stricto Sensu da UBC – Universidade Braz Cubas – Pós-Graduação em Educação e Engenharia de Produção. E-mail: alexcandiago@yahoo.it
2. Doutor em Engenharia Biomédica, Docente e Pesquisador do IFSP – Instituto Federal de São Paulo – Pós-Graduação em Logística e Operações. E-mail:  luizteruo@hotmail.com