Interação Tangível e ensino STEM

Durante toda a sua história o ser humano ampliou suas capacidades manipulando ferramentas. Através do agarrar e manipular de objetos, usuários do passado desenvolveram ricas linguagens e culturas, que valoram a interação háptica com objetos reais. Estes artefatos físicos e seus affordances (capacidade que um objeto tem de ser reconhecido e utilizado sem a necessidade de uma explicação prévia (BARBOSA; BRUNO, 2010)) serviram de inspiração para várias formas de interação modernas (ISHII; ULLMER, 1997), que aos poucos foram migrando para a interação virtual. Em 1981, no Xerox PARC, a metáfora usada para a criação do primeiro sistema de computador com apontador (mouse) foi a de uma mesa de trabalho (desktop), ou seja um ambiente do mundo real, definindo importantes princípios da interação familiares como o ver-e-apontar e o WYSIWYG (o que você vê é o que você tem) (ISHII; ULLMER, 1997).

A interação com o mundo virtual (ou cyberespaço (ISHII; ULLMER, 1997)) consolidase com a criação e massificação das interfaces WIMP (Windows ou janelas, ícones, menus e ponteiro) nos anos 1990, reforçada em seguida pelas interações táteis no final dos anos 2000, com a inserção de telas de toque e os movimentos de pinçar, ampliar, arrastar e segurar (ROGERS;SHARP; PREECE, 2013). A manipulação passou a ser intermediada por “uma carreira de bits que vazam do ciberespaço através de uma miríade de telas retangulares na forma de feixes de fótons no mundo real”(ISHII; ULLMER, 1997). Neste cenário, Ishii e Ullmer (1997) levantam
a necessidade de retornar a riqueza do mundo real na interação humano-computador (IHC). A esta forma de interação chamaram de interfaces de usuário tangíveis (TUI – Tangible User Interfaces).

As TUIs ampliam o mundo real ao acoplar informação digital aos objetos físicos e ambientes do dia-a-dia. A TUI propõe um novo paradigma de interação com informação digital, onde usuários se relacionam com a informação pela manipulação dos dados com as próprias mãos (VERA; RODRIGUEZ; MUñOZ, 2017). Ishii e Ullmer previram, ainda em 1997, o movimento da computação vestível (wereable) (ROGERS; SHARP; PREECE, 2013; BANZI, 2008) e a computação ubíqua através da Internet das Coisas (IoT) (WEISER, 1993; ROGERS; SHARP; PREECE, 2013; BANZI, 2008), onde seus conceitos chave eram as superfícies interativas (pontes entre o virtual e o real), o acoplamento entre bits e átomos, e a mídia ambiente (uso da percepção periférica humana como mídia) (ISHII; ULLMER, 1997). A maior vantagem de uma TUI é que a interação é mais natural comparada a interfaces convencionais, além deste tipo de interface
permitir a interação de múltiplos usuários e múltiplos sentidos do usuário (VERA; RODRIGUEZ;MUÑOZ, 2017).
As interfaces tangíveis compartilham três características destacáveis (SHAER; HORNECKER,2010):

• Não há um local único de controle ou interação: Diferente de uma interface WIMP (onde o ponteiro é o locus da interação), as possibilidades de interação estão distribuídas e podemser coordenadas ou combinadas;
• Não há uma ordem de operação restrita da interação no tempo, e o usuário pode iniciar de onde quiser; e
• O projeto de interação usa intencionalmente affordances dos objetos para guiar como a interação deve ocorrer (Ex.: peças de formato que só se conectam de uma dada maneira, criando uma restrição física).

Em um sentido mais amplo, a área de estudo das TUI é um componente do framework unificado de interação baseada na realidade, proposto por Jacob et al. (JACOB et al., 2008;SHAER; HORNECKER, 2010). Este framwwirk combina uma série de estilos de interação e visões emergentes como uma nova geração da IHC, incluindo realidade virtual, realidade aumentada, computação ubíqua e pervasiva, interação manual e interação tangível. A interação baseada na realidade é composta por quatro temas de interação (SHAER; HORNECKER, 2010):

• Senso comum sobre como funciona o mundo físico (chamada física ingênua);
• Consciência do usuário de seu próprio corpo e suas capacidades;
• Consciência do ambiente e de suas capacidades de manipular e se movimentar no ambiente;
• Consciência social, do entendimento dos outros que também estão no ambiente, suas capacidades de interagir com os outros, e a habilidade de trabalhar juntos para atingir um objetivo em comum.

TUIs na Educação

O contexto educacional tem muito a ganhar com o uso de TUIs (VERA; RODRIGUEZ;MUñOZ, 2017), dadas suas características intuitivas. Neste contexto, as TUIs são classificadas como ferramentas computacionais de apoio ao ensino e se apresentam comumente como brinquedos com características “aumentadas”, que amplificam sua atratividade e funcionalidade (SHAER; HORNECKER, 2010).

Para pequenos aprendizes, o aspecto cinestésico da aprendizagem é importante, já que estes aprendem através do toque, visão, audição, tato e olfato (FUTSCHEK; MOSCHITZ, 2011; CARBAJAL; BARANAUSKAS, 2015). Outro ponto para uso de TUIs na educação infantil é a possibilidade de trabalhar com crianças iletradas através dos símbolos e formas (FUTSCHEK; MOSCHITZ, 2011; BERS, 2018).

Uma aplicação chamativa das TUIs na educação infantil se dá no desenvolvimento do storytelling ou narrativa (SHAER; HORNECKER, 2010; BERS, 2018; ROGERS; SHARP; PREECE, 2013); a capacidade do sujeito de se expressar, contar uma história, utilizando recursos disponíveis (fala, mímica, objetos). Outras aplicações são o ensino por manipulação (blocos
de construção, materiais montessorianos), simulações, e ensino de crianças com necessidades especiais (SHAER; HORNECKER, 2010).

TUIs para programação

A programação tangível nasce com o trabalho de Perlman em 1976 com uma interface de ranhuras (BERS, 2018; SHAER; HORNECKER, 2010) onde crianças programavam sua tartaruga virtual em LOGO, usando cartões dispostos em sequência em espaços de uma mesa. A utilização de objetos físicos para programação permite a criação de uma sintaxe física que
adere à sintaxe lógica dos comandos, através de restrições físicas como encaixes, uso de ímãs, rotação, etc. O projeto TERN (SHAER; HORNECKER, 2010; HORN et al., 2009) por exemplo, usa cubos de madeira com furos e pinos que definem a forma de encaixe dos comandos para a movimentação de um robô (figura 3).

TUI de madeira do projeto TERN.

Outra forma de programação tangível é através de demonstração ou ensaio (SHAER;HORNECKER, 2010), onde o usuário manipula o próprio objeto de saída do resultado (robô,braço robótico, etc.) “mostrando”como este deve atuar no tempo. Trata-se de uma programação direta, onde a interface de entrada e saída estão no mesmo objeto, porém restrita a movimentos (sem uso de matemática ou lógica booleana).

O entretenimento e a livre exploração são muitas vezes apresentados como os fatores principais para a popularidade da programação tangível. O estudo comparando programação visual com programação tangível no Museu de Ciências de Boston (HORN et al., 2009) traz evidências que crianças são mais abertas e tem mais engajamento com a abordagem tangível (com um impacto substancial no público feminino). Esta evidência mostra que programação tangível, cuidadosamente desenhada, pode oferecer benefícios educacionais concretos (SHAER;HORNECKER, 2010).

A programação tangível contudo tem problemas ligados ao avanço da complexidade do que é programado: Algoritmos complexos demandam mais “comandos”(peças físicas) e mais espaço físico para a programação. Esta limitação é deixada de lado por projetistas (SHAER;HORNECKER, 2010), o que explica o uso de programação tangível somente no nível introdutório e para atividades lúdico-educativas.

• BARBOSA, S.; BRUNO, S. Conceitos Básicos. In: Interaçao Humano-Computador. Rio de Janeiro: Elsevier, 2010. p. 17–41. ISBN 9788535234183.
• ISHII, H.; ULLMER, B. Tangible bits: Towards seamless interfaces between people, bits and atoms. In: Proceedings of the ACM SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems. New York, NY, USA: ACM, 1997. (CHI ’97), p. 234–241. ISBN 0-89791-802-9. Disponível em: <http://doi.acm.org/10.1145/258549.258715>.
• ROGERS, Y.; SHARP, H.; PREECE, J. O que é Design de Interação? In: Design de Interação. 3ª ed.. ed. Porto Alegre, Brazil: Bookman, 2013. cap. 1 – O que, p. 25–29. ISBN 9788582600061.
• VERA, J. M.; RODRIGUEZ, P.; MUñOZ, I. Tangible user interfaces: concepts and practice. Nuevas Ideas en Informática Educativa, v. 13, 2017. Disponível em: <http://www.tise.cl/volumen13/III.html>.
• WEISER, M. Ubiquitous computing. Computer, v. 26, n. 10, 1993. ISSN 00189162.
• BANZI, M. Getting Started with Arduino (Make: Projects). Ill. Make Books, 2008. v. 11. 118 p. Paperback. (Make: Projects, 4). ISSN 15219615. ISBN 0596155514. Disponível em: <http://www.amazon.com/exec/obidos/redirect?tag=citeulike07-20{&}path=ASIN/0596155514http://www.amazon.com/Getting-Started-Arduino-Massimo-Banzi/dp/1449309>.
• SHAER, O.; HORNECKER, E. Tangible user interfaces: Past, present, and future directions. Found. Trends Hum.-Comput. Interact., Now Publishers Inc., Hanover, MA, USA, v. 3, p. 1–137, jan. 2010. ISSN 1551-3955. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1561/1100000026>.
• JACOB, R. J.; GIROUARD, A.; HIRSHFIELD, L. M.; HORN, M. S.; SHAER, O.; SOLOVEY,E. T.; ZIGELBAUM, J. Reality-Based Interaction : A Framework for Post-WIMP Interfaces. In: Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems. [S.l.:s.n.], 2008. ISBN 9781605580111.
• FUTSCHEK, G.; MOSCHITZ, J. Learning algorithmic thinking with tangible objects eases transition to computer programming. In: Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics).[S.l.: s.n.], 2011. ISBN 9783642247217. ISSN 03029743.
• BERS, M. U. Coding as a Playground. 1. ed. New York, NY, United States: Routledge,2018. ISBN 9781315398945. Disponível em: <https://www.taylorfrancis.com/books/9781315398938>.
• HORN, M. S. Tangible Object Placement Codes. 2011. Disponível em: <http://users.eecs.northwestern.edu/~mhorn/topcode>.
• HORN, M. S.; SOLOVEY, E. T.; CROUSER, R. J.; JACOB, R. J. Comparing the use of tangible and graphical programming languages for informal science education. In: . [S.l.: s.n.], 2009.

Este texto faz parte da tese de Doutorado intitulada Code Dominó (2020). Maiores informações sobre o projeto Code Dominó podem ser lidas no artigo Code Dominó apresentado no TISE 2019 – Nuevas Ideas en Informática Educativa, Volumen 15, p. 62 – 70. Santiago de Chile. – https://www.tise.cl/Volumen15/TISE2019/TISE_2019_paper_59.pdf

Prof. Daniel Chagas é Formado em Administração, com mestrado e doutorado em Informática Aplicada. É professor na Universidade de Fortaleza, nas áreas de Interação Humano-Computador e nas disciplinas de Experimentações. É coordenador do Laboratório de Pesquisa e Inovação – LAPIN FabLab, onde desenvolve pesquisas em Robótica e Internet das Coisas. É membro fundador da comunidade ForHacker. Link para Lattes http://lattes.cnpq.br/6721491420185862