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Authors
Abstract(s)
O pensamento computacional pode ser considerado uma estratégia que permite estruturar a forma de
resolver um problema, através da formulação inicial da mesma e modelação de possíveis soluções.
Tem-se provado uma importante ferramenta na formação de crianças e jovens. Em termos
educacionais, permite desenvolver a capacidade criativa, lógica e estratégica na resolução de
problemas, estando associado ao desenvolvimento cognitivo e lógico.
O ensino de pensamento computacional pode ser incorporado em diversas matérias, como a
programação, matemática, biologia, música e línguas [1]. Pode também ser usada uma abordagem
usando robôs, que podem potenciar um contacto mais divertido e imersivo, sendo já vários os estudos
que demonstram [2] e que provam que o ensino de uma matéria através de um robô é no mínimo tão
eficiente quanto os métodos tradicionais [3]. Para além da eficiência no ensino, os robôs podem ainda
permitir o desenvolvimento das capacidades de interação social e certas habilidades, como por
exemplo, a empatia, através de atividades em grupo que potenciem a colaboração entre os seus
elementos. A colaboração enquanto estratégia de aprendizagem usada em grupos apresenta benefícios,
tais como o desenvolvimento de habilidades sociais, a sensação de estar a trabalhar em parceria com
colegas rumo a um objetivo comum, e promove a discussão, partilha de conhecimento, apresentação
de argumentos, e negociação de decisões [4].
No entanto, a maioria dos robôs dependem muito do uso da visão, não sendo inclusivos para crianças
com baixa visão ou cegas. Isto pode potenciar não só problemas na aprendizagem de crianças com
algum tipo de limitação visual, mas também fomentar a não inclusão das mesmas em atividades com
os colegas, diminuindo a interação social e contribuindo para o isolamento social que é conhecido
como um dos maiores desafios associados à falta de visão [5].
Assim, torna-se importante a adaptação e criação de robôs que sejam acessíveis para crianças cegas,
garantindo não só a igualdade de oportunidades, mas também a inclusão destas crianças em atividades
com crianças normovisuais.
Embora existam alguns kits computacionais que podem ser usados por qualquer pessoa
independentemente do nível de visão, usando apenas a voz como input, essa redução de interação
pode tornar a experiência menos apelativa e cativante, que são características de atividades
desenvolvidas com kits computacionais. Para além de estes kits também não promoverem a
colaboração, que ajuda não só no desenvolvimento de habilidades sociais, como também facilita a
inclusão de pessoas com deficiências visuais; eles exploram sempre o robô enquanto um agente
passivo que se limita a executar instruções ordenadas pelo utilizador.
Baseado nestas limitações, identificámos a necessidade de explorar kits computacionais com
abordagens mais abrangentes (e inclusivas), que incluam crianças com problemas visuais ou cegas,
focados não só na acessibilidade mas também nas características que possam permitir que as
atividades sejam cativantes e apelativas. Por estes motivos, propomos explorar a colaboração entre a
criança e o robô, através do uso de papéis de acordo com as habilidades da criança. Contribuímos
assim com o design e desenvolvimento de um sistema que permite realizar atividades inclusivas e interativas, promovendo a colaboração através da exploração de papéis. Além de explorar a
importância dos robôs na aprendizagem e na colaboração, o nosso sistema propõe-se a fomentar o
nível de atenção e motivação para aprender das crianças, através do uso de um robô mais interativo.
A análise das entrevistas apresentadas no terceiro capítulo, permitiu-nos adquirir conhecimento sobre
as técnicas de ensino atualmente usadas e de que forma é a acessibilidade abordada. Para além disso, a
perspetiva de um professor de educação especial que tem também dificuldades de visão,
providenciou-nos estratégias e formas de lidar com crianças cegas e com dificuldades de visão no
contexto de uma classe com crianças normovisuais, permitindo a inclusão.
Esta tese introduz o RoleBot, que permite a criação de atividades que estimulem a aprendizagem de
pensamento computacional explorando o robô enquanto um agente não passivo. O Rolebot consiste
num sistema que faz uso de um kit computacional adaptado para desenvolver atividades com crianças
cegas e normovisuais. Este kit computacional usa peças tangíveis acessíveis para crianças cegas. Para
além do kit computacional, o nosso sistema é também composto por uma aplicação web desenvolvida
por nós constituída por uma interface onde o utilizador pode introduzir o input a dar ao robô, e do
sistema que faz o tratamento do input dado, comunicando posteriormente com o robô. Nas atividades
desenvolvidas com o nosso robô é possível escolher um de dois modos, que correspondem aos papéis
que o robô pode assumir na interação com a criança: tutor e colega. Em ambos os papéis o robô faz
um discurso introdutório onde se apresenta e explica a atividade, descrevendo como é que a criança
deve proceder durante a mesma, e termina convidando a criança para brincar. As diferenças entre os
dois modos consistem no nível de conhecimento do robô.
No modo tutor o robô tem conhecimento sobre a atividade e guia a criança ao longo da mesma,
mostrando um elevado grau de confiança sobre as sugestões que faz. Neste modo o robô ajuda a
criança a escolher as peças a serem escolhidas, faz comentários que sugerem se a peça selecionada é
correta ou errada, e caso seja errada dá uma pista sobre a peça que deveria ser usada. Quando a
criança demora mais de 10s a escolher uma peça, o robô também intervém, fazendo uma sugestão
sobre a peça a usar. Caso a criança erre a sequência, no fim de a executar o robô dá uma explicação
sobre o porquê de a sequência estar errada; quando a sequência está certa o robô felicita a criança,
fazendo uma dança após dizer que a sequência estava certa.
No modo colega o robô não tem muito conhecimento da atividade, mostrando incerteza nos
comentários que faz durante a interação. Apesar de o robô incentivar a criança a escolher a próxima
peça, ele não faz sugestões sobre a peça que deveria ser escolhida. Sempre que a criança escolhe uma
peça, o robô faz um comentário que confirma a validação da peça, não sugerindo se a mesma está
correta ou errada. Quando a criança mostra incerteza sobre a peça a ser introduzida de seguida, o robô
pede ajuda à criança sobre a peça a usar em seguida, não sugerindo nenhuma peça. Caso a criança
escolha o bloco errado, o robô questiona a criança sobre a mesma, pedindo por vezes uma explicação
sobre o porquê de ter sido essa a peça escolhida. Se a sequência introduzida estiver incorreta, após o
robô a executar incentiva a criança a tentar fazer a atividade novamente, sem explicar o porquê de a
sequência estar errada; caso a sequência esteja certa, após executar a sequência o robô felicita a
criança e dança.
Após o desenho e implementação do Rolebot, desenvolvemos uma atividade para ser desenvolvida
usando o mesmo. A atividade desenhada consiste em a criança ajudar o robô a fazer um caminho
entre dois pontos, usando as peças tangíveis com direções. De modo a facilitar a visualização do
caminho que o robô deve percorrer, usámos blocos de tapetes para brincar, onde cada movimento que
o robô faz está enquadrado num desses blocos. No final do caminho está uma garrafa de água, onde o
robô pretende chegar porque está com sede.
De forma a avaliar o nosso sistema, conduzimos um focus group com professores experientes no
ensino em turmas com crianças com diferentes habilidades visuais, providenciando-nos o seu ponto de vista acerca do RoleBot, e contribuindo com sugestões de atividades a realizar com o sistema e
recomendações sobre o comportamento do robô na interação.
Computational thinking can be considered a strategy that allows people to learn how to structure the way of solving a problem and therefore it has become an important tool to form children and teenagers. There are several ways of teaching computational thinking, but the most popular is through computational kits. Computational kits provide an engaging and fun way of learning while developing CT concepts and can be used to foster collaboration in a mixed-ability environment. Noticeably, most of the computational kits for children are designed for children without visual impairments. For visually impaired children it can be a challenge to follow a robot´s actions and perceive their location, which can potentiate the isolation of these children. Although some work has been done on accessible computational kits, using audio interactions and tangibles, the robot usually plays a passive role, by only executing the child commands´. We aim to explore the robot playing a more active role, by using the roles usually used in class, tutor, and college. In this thesis we present RoleBot, a system that allows the development of computational thinking skills, by using a computational kit with some specifications such as the exploration of roles, providing more interactiveness on the activity increasing children's engagement in the activity.
Computational thinking can be considered a strategy that allows people to learn how to structure the way of solving a problem and therefore it has become an important tool to form children and teenagers. There are several ways of teaching computational thinking, but the most popular is through computational kits. Computational kits provide an engaging and fun way of learning while developing CT concepts and can be used to foster collaboration in a mixed-ability environment. Noticeably, most of the computational kits for children are designed for children without visual impairments. For visually impaired children it can be a challenge to follow a robot´s actions and perceive their location, which can potentiate the isolation of these children. Although some work has been done on accessible computational kits, using audio interactions and tangibles, the robot usually plays a passive role, by only executing the child commands´. We aim to explore the robot playing a more active role, by using the roles usually used in class, tutor, and college. In this thesis we present RoleBot, a system that allows the development of computational thinking skills, by using a computational kit with some specifications such as the exploration of roles, providing more interactiveness on the activity increasing children's engagement in the activity.
Description
Tese de Mestrado, Informática, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Keywords
Robôs Acessibilidade Pensamento computacional Colaboração Papéis Teses de mestrado - 2023