Towards Teaching Abstraction: Approaching Modeling and Problem-Solving Skills with Graph Grammars and Game-Based Learning

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Silva Junior, Braz Araujo da
• Orientador(a): Cavalheiro, Simone André da Costa
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Computação
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Gramática de grafos; Educação em computação; Especificação; Abstração; Psicometria; Graph grammar; Computing education; Specification; Abstraction; Psychometrics
• Área do conhecimento CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14685

O ensino de computação cresceu e evoluiu, conquistando novos espaços e o reconhecimento de governos e instituições de todo o mundo. Além da consistente e crescente demanda por profissionais de Tecnologia da Informação e Comunicação, a difusão da computação clamou por sua introdução na educação básica, para todos os cidadãos. Tendências poderosas da educação, como o Pensamento Computacional (PC), aprendizado baseado em problemas e projetos, cultura maker, gamificação e jogos educacionais progrediram impulsionados pelo avanço da computação. Um conjunto de hablidades de resolução de problemas é como o PC foi concebido e ganhou popularidade. No entanto, a dificuldade em definir e tratar tais habilidades, como abstração, pensamento algorítmico, decomposição e reconhecimento de padrões tem feito o PC se manifestar majoritariamente através de programação. Isto reacende uma preocupação antiga, o ensino de computação tem lutado para desmistificar o fato de ser equiparado à programação. A computação ser muito mais do que a competência técnica para programar é o principal argumento para sua introdução no ensino geral. E isso é importante até mesmo para programação, que deve ser um passo mais adiante na computação, não o primeiro. Neste sentido, este trabalho é um esforço para avançar o conhecimento e a operacionalização do PC, tratando especificamente abstração, centrada na forma icônica que ela se revela na computação: as camadas de abstração. A abordagem proposta gira em torno do uso de Gramática de Grafos (GG) para especificar e jogar “jogos de grafos” (grames, abreviação do inglês graph games), que é o conceito de “graming”. O trabalho inclui o desenvolvimento de: um motor de jogos educacional baseado em GG; ferramen tas para manusear camadas de abstração baseadas em GG Hierárquicas; e um grame-teste para avaliar competências relacionadas a camadas de abstração, sob os princípios do Design Centrado em Evidências (ECD), guiando a criação de modelos de proficiência, tarefa e evidênca. Todo este ecossistema demonstrou que é possível abordar habilidades complexas, fundamentais e abstratas, como a abstração em si, como construtos psicométricos sólidos para serem confiavelmente operacionalizados enquanto mantemos os ambientes criativos e atraentes. Este trabalho também abriu uma vasta gama de aplicações e investigações futuras ao trazer GG de suas origens na especificação formal para o aprendizado baseado em jogos na educação básica. Por fim, o motor de jogos reforça o imenso potencial emergente de ferramentas educacionais ao serem potencializadas por inteligência artificial.