UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL CENTRO INTERDISCIPLINAR DE NOVAS TECNOLOGIAS NA EDUCAÇÃO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO ASTERIX – Aprendizagem Significativa e Tecnologias aplicadas no Ensino de Redes de computadores: Integrando e eXplorando possibilidades Roseclea Duarte Medina Porto Alegre 2004 2 Roseclea Duarte Medina ASTERIX – Aprendizagem Significativa e Tecnologias aplicadas no Ensino de Redes de computadores: Integrando e eXplorando possibilidades Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Informática na Educação da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como requisito parcial para obtenção do título de Doutora em Informática na Educação. Orientadora: Profa. Dra. Liane Margarida Rockenbach Tarouco Co-orientadora: Profa. Dra. Maria Suzana Marc Amoretti Porto Alegre 2004 3 AGRADECIMENTOS Ao concluir este trabalho, quero agradecer a Deus ... ... por ter me concedido saúde para que pudesse atingir meus objetivos. ... por ter tido uma orientadora que me inspirou, estimulou, corrigiu, e que foi compreensiva nos momentos difíceis que passei – Muito obrigada Liane, és um exemplo de competência, dedicação e garra; por ter tido uma co-orientadora que acreditou em mim e não mediu esforços para me orientar e apoiar – Muito obrigada Suzana. ... pela minha família maravilhosa: meus filhos Gabriel e Giulia, meu companheiro Elias, meus amados pais, Aldeci e Romaldo, e meus irmãos Júnior, Meri e Sergio – obrigada pelo apoio incondicional. ... por ter colegas de trabalho muito especiais, iluminadas, cujo o apoio foi decisivo para a realização deste trabalho. Oni, Iria e Nelma, serei eternamente grata a vocês. ... por ter contado com a competente equipe da Profa. Liane na construção do laboratório virtual ASTERIX : Marie, Mery, Jéferson, Anita, Evelise, Michelle e Sabrina – sem vocês o ASTERIX não seria uma realidade. Meu carinho especial para a Maria do Carmo, pela competência, atenção, amizade e também pela paciência ilimitada nestes anos todos. ... aos colegas do PGIE, pela frutífera e feliz convivência: Cláudia, Louise, Marco, Helena, Regina... E como diz a Louise “como somos privilegiados!”. Um muito obrigada especial a minha amiga e colega Cleuza Alonso, com quem dividi trabalhos, medos e vitórias! 4 RESUMO Por várias décadas os computadores têm sido utilizados no processo educacional e nem sempre da forma correta. E existe uma forma correta? Não existe consenso, são muitas as tentativas e experiências com inúmeros resultados positivos e negativos. Sabe-se de antemão que um dos fatores que levam ao fracasso alguns ensaios é a mera transposição do material didático tradicional para o meio informatizado, sem alterações na metodologia nem na postura do professor e do aluno. A questão é como a tecnologia pode ser utilizada para favorecer uma Aprendizagem Significativa. Para possibilitar esta pesquisa foi desenvolvido o Laboratório Virtual ASTERIX, utilizado na disciplina de Redes de Computadores do Curso de Ciências da Computação/UFSM. Esse trabalho apresenta os resultados da utilização do laboratório virtual ASTERIX, a metodologia de utilização dos recursos tecnológicos envolvidos (realidade virtual, inteligência artificial e animações/simulações) e avaliação da utilização desse laboratório virtual. A teoria educacional que fundamentou a criação e a utilização do laboratório virtual foi a Aprendizagem Significativa de D. Ausubel e D. Jonassen. PALAVRAS-CHAVE: Laboratório Virtual, Aprendizagem Significativa, Realidade Virtual, Inteligência Artificial, Animação/Simulação. 5 ABSTRACT For several decades the computers have been used in the educational process and nor always of the correct form. And exists a correct way? Do not exist consensus, they are some attempts and experiences with many positive and negative results. One knows of beforehand that one of the factors that lead to the failure some assays is the mere transposition of the traditional didactic material for the computational way, without alterations in the methodology nor in the behaviour of professor and pupil. The question is how the technology can be used for to favour a Meaningful Learning. For to allow this research was developed the Virtual Laboratory ASTERIX, used in disciplines of Computer networks of the Course of Sciences of the Computation/UFSM. This work presents the results of the use of virtual laboratory ASTERIX, the methodology of use of the involved technological resources (virtual reality, artificial intelligence and animations/simulations) and evaluation of the use of this virtual laboratory. The educational theory that based the creation and the use of the virtual laboratory was the Significant Learning of D. Ausubel and D. Jonassen. KEY WORDS: Virtual Laboratory, Meaningful Learning, Virtual Reality, Artificial Intelligence, Animation/Simulation. 6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Principais conceitos...................................................................................................... 37 Figura 2 – Repetidor de Sinal Analógico ................................................................................... 44 Figura 3 – Cinco Atributos da Aprendizagem Significativa......................................................... 55 Figura 4 – Tela do browser Holodesk........................................................................................... 72 Figura 5 – Ambiente N.I.C.E......................................................................................................... 73 Figura 6 – Ambiente ARCA.......................................................................................................... 74 Figura 7 – Vista Superior do VIRTUALNET............................................................................... 91 Figura 8 – Sala Virtual contendo dispositivos de rede.................................................................. 94 Figura 9 – Visualização em 3D do dispositivo Switch.................................................................. 96 Figura 10 – Interface do SR..........................................................................................................100 Figura 11 – Interação com a professora Elektra...........................................................................102 Figura 12 – Cenas capturadas na animação que apresenta crescimento da rede......................... 104 Figura 13 – Protocolo para o Método de Escore Relacional .................................................... 168 Figura 14 – Instruções para o Método de Escore Estrutural ...................................................... 169 Figura 15 – Recorte de projeto Grupo 2: RAID 5 ..................................................................... 116 Figura 16 - Recorte de projeto Grupo 3: Cluster loading balancing ........................................ 119 Figura 17 – Sistema tradicional de Firewall ............................................................................. 122 Figura 18 – Firewall utilizando a arquitetura DMZ................................................................... 124 Figura 19 – Exemplo de mapa conceitual inicial ...................................................................... 170 Figura 20 – Exemplo de mapa conceitual final ......................................................................... 171 Figura 21 – Resultado da questão 1 .......................................................................................... 138 7 Figura 22 – Resultado da questão 2 .......................................................................................... 138 Figura 23 – Resultado da questão 12 ......................................................................................... 139 Figura 24 – Resultado da questão 15 ......................................................................................... 139 Figura 25 – Resultado da questão 20 ......................................................................................... 139 Figura 26 – Resultado da questão 5 ........................................................................................... 172 Figura 27 – Resultado da questão 6 ........................................................................................... 172 Figura 28 – Resultado da questão 17 ......................................................................................... 172 Figura 29 – Resultado da questão 7 ........................................................................................... 140 Figura 30 – Resultado da questão11 .......................................................................................... 141 Figura 31 – Resultado da questão 22 ......................................................................................... 141 Figura 32 – Resultado da questão 13 ......................................................................................... 142 Figura 33 – Resultado da questão 10 ......................................................................................... 173 Figura 34 – Resultado da questão 14 ......................................................................................... 173 Figura 35 – Resultado da questão 16 ......................................................................................... 173 Figura 36 – Resultado da questão 18 ......................................................................................... 174 Figura 37 – Resultado da questão 4 ........................................................................................... 143 Figura 38 – Resultado da questão 8 ........................................................................................... 143 Figura 39 – Resultado da questão 10 ......................................................................................... 144 Figura 40 – Resultado da questão 3 .......................................................................................... 145 Figura 41 – Resultado da questão 9 ........................................................................................... 174 Figura 42– Resultado da questão 19 ......................................................................................... 174 Figura 43 – Resultado da questão 21 ......................................................................................... 145 8 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Principais Características da Aprendizagem de Alunos Adultos................................ 28 Tabela 2 - Categorias de bots........................................................................................................ 80 Tabela 3 - Alguns chatterbots Implementados.............................................................................. 81 Tabela 4 - Alguns Conceitos Apresentados no ASTERIX............................................................ 98 Tabela 5 – Resumo da Avaliação Quantitativa dos Mapas Conceituais .................................... 131 9 LISTA DE ABREVIATURAS IA – Inteligência Artificial AI-ED – Artificial Intelligence in Education AIML – Artificial Intelligence Markup Language ALICE – Artificial Linguistic Internet Computer Entity ARCA – Ambiente de Realidade virtual Cooperativo de Aprendizagem AS – Aprendizagem Significativa CAI – Computer Assisted Instructional CAVE – (CAVE Automatic Virtual Environment) CBT – Computer-Based Training DMZ – DeMilitarized Zone Network DoS – Denial of Service FAQs – Frequently Asked Questions HTML – HyperText Markup Language ILE – Interactive Learning Environment ITS – Intelligent Tutoring Systems LAN – Local Area Network LVA – Laboratório Virtual ASTERIX MTBF – Mean Time Between Failures MTTR – Mean Time To Repair N.I.C.E. – Narrative Immersive Constructionist/Collaborative Environments NIEPE – Núcleo Integrado de Ensino, Pesquisa e Extensão OECD – Organization for Economic Co-operation and Development RAID – Redundant Array of Independent (or Inexpensive) Disks R.U.R. – Rossum’s Universal Robots RV – Realidade virtual TICs – Tecnologias de Informação e Comunicação TAS – Teoria de Aprendizagem Significativa UFSM – Universidade Federal de Santa Maria UnB – Universidade de Brasília 10 Verbot – Verbal Software Robot VLANs – Virtual LANs VITELS – Virtual Internet and Telecommunications Laboratory of Switzerland VRML – Virtual Reality Modeling Language XML – Extensible Markup Language