Design do jogo sério Tempoly para a aprendizagem das quatro operações aritméticas com polinómios: um estudo no 3º ciclo do ensino básico

Abstract

Os dispositivos móveis estão cada vez mais presentes na nossa sociedade, estando os alunos sempre com eles, dentro e fora da escola, usando--os frequentemente para jogar. A aprendizagem através de jogos digitais, em particular dos jogos sérios, tem vindo assim a ganhar importância nos últimos anos, aproveitando a motivação inerente ao jogo para melhorar a experiência educativa. Este interesse dos alunos levou-nos a tentar compreender quais as características dos jogos que mais jogam, com o objetivo de criar um jogo sério baseado nessas características, contribuindo desta forma para aproximar o recurso educativo (o jogo sério) do interesse dos alunos. No quadro teórico desta investigação analisam-se as relações entre o jogo e a aprendizagem, nomeadamente o conceito de aprendizagem através de jogos digitais, a aprendizagem situada pelo contexto, o estado de fluxo e os princípios de aprendizagem de Gee (2003). Aborda-se ainda o conceito de jogo sério, o papel que os jogos sérios podem ter na aprendizagem da Matemática e o tema da aprendizagem das operações aritméticas com polinómios, como base nos programas oficiais da disciplina e nos exames nacionais. A investigação realizada desenvolveu-se em várias etapas. Começou-se por realizar uma sondagem sobre os jogos para dispositivos móveis mais jogados pelos alunos, tendo-se desenvolvido um questionário, que foi respondido por 298 alunos. Estes dados permitiram identificar os 15 jogos mais jogados, que foram avaliados através de uma grelha desenvolvida para o efeito. Os resultados obtidos permitiram identificar que as características que mais se salientaram nesses jogos estavam ligadas ao desafio proporcionado pelo jogo, à facilidade no uso dos controlos e à rapidez das interações do jogo. Partindo do estudo realizado e dos programas e metas curriculares do Ensino Básico e do Ensino Secundário, foi concebido o jogo sério Tempoly, para a aprendizagem das quatro operações aritméticas com polinómios. O jogo é do género puzzle, sendo composto por 250 desafios. Em cada desafio é apresentado ao jogador o polinómio que ele deve construir. Para isso, são disponibilizados alguns polinómios e operações, que o jogador tenta combinar para atingir o resultado pretendido. Além disso, o jogo inclui um modo criativo, em que o aluno tem a possibilidade de criar novos desafios, através da indicação dos polinómios e operações disponíveis e do resultado pretendido. Este jogo sério faz parte dos jogos desenvolvidos no âmbito do projeto de investigação PTDC/CPE-CED/118337/2010 “Dos Jogos às Atividades Interativas para Mobile-Learning”. Foram realizados testes de usabilidade ao jogo, na modalidade utilizador/observador com 59 participantes, que permitiram melhorar a jogabilidade do Tempoly. Foi realizado um estudo de tipo quasi-experimental com 101 alunos do 3.º Ciclo do Ensino Básico, onde se pretendeu avaliar as reações dos alunos ao jogo Tempoly, os efeitos da utilização do jogo na aprendizagem das operações com polinómios, qual o melhor momento para introduzir o Tempoly relativamente à unidade programática sobre polinómios, a relação entre o desempenho dos alunos no Tempoly e a sua apropriação de conhecimentos e a relação entre a utilização do Tempoly e o intervalo de tempo em que esteve disponível. A recolha de dados foi realizada através de um questionário de opinião sobre o jogo Tempoly, um diário de campo, um pré-teste e um pós-teste de conhecimentos e registos de utilização do Tempoly pelos alunos. Os dados obtidos permitiram concluir que os alunos gostaram de jogar o Tempoly (89%), considerando que o jogo os ajudou na aprendizagem das operações com polinómios (66%) e que o que aprenderam nas aulas foi útil para jogar o jogo (79%). Através da realização de um pré-teste e um pós-teste de conhecimentos, com cotação de 10 pontos, verificou-se que a cotação média dos alunos que jogaram o Tempoly em simultâneo com as aulas subiu 2,55 pontos enquanto a cotação média dos alunos que não jogaram o jogo subiu 1,20 pontos. Comparou-se o grupo que jogou versus o grupo que não jogou através do teste de Mann-Whitney, sendo os resultados estatisticamente significativos, permitindo assim concluir que o Tempoly, conjugado com as aulas sobre a unidade programática correspondente, contribuiu para a aprendizagem das operações aritméticas com polinómios. Foi ainda analisado se existiam diferenças entre os grupos que jogaram o Tempoly como introdução à unidade, num momento intermédio, ou como consolidação da unidade, através do teste Kruskal-Wallis. Este teste não revelou diferenças estatisticamente significativas, indicando, assim, não haver um momento marcante para a introdução do jogo. Esta investigação constitui um contributo para a integração de jogos sérios em contexto educativo, apresentando recomendações para o seu design.

Mobile devices are increasingly present in our society, with students always with them, in and out of school, often using them to play. Learning through digital games, in particular serious games, has thus been gaining importance in recent years, taking advantage of the inherent motivation of the game to improve the educational experience. This interest of the students led us to try to understand which are the characteristics of the games they play the most, with the objective of creating a serious game based on those characteristics, thus contributing to bring the educational resource (the serious game) closer to the student’s interest. The theoretical framework of this research analyzes the relationship between games and learning, namely the concept of digital game based learning, situated learning, flow state and Gee’s learning principles (2003). It is also discussed the concept of serious game, the role that serious games can have in Mathematics learning and the topic of learning the arithmetic operations with polynomials, based on the official discipline programs and national exams. The research was carried out in several stages. It began by performing a survey on the mobile games most played by the students, by developing a questionnaire, which was answered by 298 students. These data allowed to identify the 15 most played games, which were evaluated through a grid developed for this purpose. The results allowed to identify that the characteristics that were most emphasized in these games were linked to the challenge provided by the game, to the ease in the use of the controls and to the speed of the interactions of the game. Starting from the study carried out and the curricular programs and goals of Basic Education and Secondary Education, the serious game Tempoly was conceived for the learning of the four arithmetic operations with polynomials. The game is of the puzzle genre, consisting of 250 challenges. In each challenge the player is presented with the polynomial he must build. For that, some polynomials and operations are available, which the player tries to combine to achieve the desired result. In addition, the game includes a creative mode, in which the student has the possibility to create new challenges, by indicating the polynomials and operations available and the desired result. This serious game is part of the games developed under the research project PTDC/CPE-CED/118337/2010 "From Games to Interactive Activities for Mobile-Learning". Game usability tests were performed in user/observer mode with 59 participants, which allowed to improve the gameplay of Tempoly. A quasi-experimental study was carried out with 101 students from the 3rd Cycle of Basic Education, where it was intended to evaluate the reactions of the students to the game Tempoly, the effects of the use of the game in learning polynomial operation, which is the best moment to introduce Tempoly relatively to the programmatic unit on polynomials, the relationship between student performance in Tempoly and its appropriation of knowledge and the relationship between the use of Tempoly and the time interval in which it was available. Data collection was done through an opinion questionnaire on the Tempoly, a field diary, a knowledge pre-test and post-test and use records of Tempoly by the students. The data obtained allowed us to conclude that students liked to play Tempoly (89%), considering that the game helped them learn the polynomial operations (66%) and that what they learned in class was useful to play the game (79%). Through a 10-point knowledge pre-test and post-test, it was concluded that the average score of students who played Tempoly simultaneously with the classes increased 2.55 points while the average score of students who did not play the game increased 1.20 points. The group that played versus the group that did not play through the Mann-Whitney test were compared, and the results were statistically significant, allowing to conclude that the Tempoly, combined with the classes on the corresponding program unit, contributed to the learning of the arithmetic polynomial operations. It was also analyzed if there were differences between the groups that played Tempoly as an introduction to the unit, at an intermediate moment, or as unit consolidation, through the Kruskal-Wallis test. This test did not reveal statistically significant differences, indicating, therefore, that there was not a marked moment for the introduction of the game. This research constitutes a contribution to the integration of serious games in educational context, presenting recommendations for their design.