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Controle do cursor tridimensional via Wii Remote em

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1. lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 8 Y 5 X 0 ID 23 Nome Objeto24 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 7 11 Y 5 X 0 ID 24 Nome Objeto25 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraFixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 14 Y 5 X 0 ID 25 Nome Objeto26 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE
2. 3 3 Curva de Aprendizagem ix XV xix EO ia 4 Controle de um cursor 3D via Wii Remote 4 1 Problemas encontrados 4 2 Movimenta o do cursor 4 2 1 4 2 2 4 2 3 4 2 4 4 2 5 4 4 1 4 4 2 Angulos de rota o do Wii Remote 4 5 An lise da usabilidade Perfil demogr fico dos usu rios Desempenho dos usu rios 4 5 1 4 5 2 4 5 3 4 5 4 4 5 5 4 5 6 Movimentos e intera es Dist ncia entre o Wii Angulos de rota o do Wii Remote Trajet ria do Realimenta o visual 4 3 Bibliotecas auxiliares 4 4 An lise dos resultados quantitativos Dist ncia entre o Wii Dificuldades em movimentos b sicos Dificuldade em realiza o de tarefas propostas Rea o h ptica Considera es sobre os resultados 5 Ambiente de simula es f sicas 5 1 Modelagem de dados dascenas 5 1 1 5 1 2 5 1 3 5 1 4 Modelagem geom trica Modelagem f sica Intera es e restri es de movimento Elementos visuais auxiliares 5 2 Interface com os professores 5 3 Interface comosalunos 5 3 1 3 3 2 5 3 3 Conex o entre o Wii Remote e o computador
3. 5 8 Cena do caso 1 esferas sem gravidade com representa o gr fica dos respectivos Vetores Velocidade ea RS enm ee ee 5 9 Cena do caso 2 esferas com gravidade com representa o gr fica dos respectivos vetores velocidade al m do tra ado das trajet rias 5 10 Cena do caso 3 queda livre de tr s esferas com massas distintas soltas de mesma altura com representa o gr fica dos respectivos vetores velocidade 5 11 Cena do caso 4 esferas lan as de cima de uma mesa por uma barra controlada pelo cursor 3D S o representados os vetores velocidade a trajet ria das duas esferas 5 12 Cena do caso 5 campo de esferas e nave que pode ser lan ada contra as esferas pelo CURSOR Gas o soos a Es HEEL dat Be Do get Nt Ge hae end xvi 5 13 5 14 5 15 5 16 5 17 5 18 5 19 Cronporama de aplica o Ro Be ee Aluna durante Histograma com a diferen a entre o n mero de acertos do teste P s em rela o ao Pr indicando que nenhum aluno diminuiu o n mero de acertos ap s utilizar a ferramenta Histograma com o ganho percentual de acertos do teste P s em rela o ao Pr A distribui o mostra um n mero equivalente de alunos que aumentaram e diminu ram as notas ap s o uso do ambiente H
4. en Yatv T ael Tamanhog 4 8 4 5 An lise da usabilidade 49 Deve se destacar que cada um dos alvos real ava a espessura de suas linhas e mudava de cor quando o respectivo objeto estivesse em seu interior Isso acontecia quando as dist ncias entre os centros do objeto e do alvo eram inferiores a 80 do tamanho do objeto Coube ao usu rio julgar a precis o do posicionamento Assim o resultado da dist ncia m dia relativa um valor adimensional pertencente ao intervalo 0 0 0 8 indicando a proximidade entre os centros independente do tama nho dos objetos Nesse caso quanto mais pr ximo o valor de zero mais preciso foi o movimento do usu rio O gr fico da figura 4 7 mostra os valores m dios das dist ncias relativas e os limites do erro padr o agrupados de acordo com o n vel de experi ncia do usu rio Foi obtido p valor 0 1724 pelo teste t Student mostrando que n o poss vel concluir se existe diferen a significativa entre os erros de posicionamento cometidos pelos usu rios dos dois grupos Comparando com a an lise n o param trica de Mann Whitney chegou se ao mesmo resultado p valor 0 2152 n o rejeitando a hip tese de que dist ncias relativas s o iguais Entretanto pode ser observado pelos valores m dios desse gr fico que a diferen a entre o maior 0 185 e menor 0 162 valor vale 0 023 ou seja 2 3 do tamanho do alvo indicando que embora estatisticamente n o exista d
5. Abertura de arquivos de cenas Simula o e visualiza o 5 4 Metodologia da aplica o dos testes 541 54 2 5 4 3 Delimita o do question rio Ambientes Experimentais Protocolo de aplica o 5 5 Verifica o do aprendizado 5 5 1 3 92 5 5 3 5 5 4 5 5 5 6 Conclus es Perfil demogr fico dos alunos Verifica o do aprendizado por repeti o Verifica o do aprendizado para novas situa es propostas Verifica o da reten o do conhecimento Considera es sobre os resultados 37 37 39 39 40 41 42 43 43 44 44 45 45 47 48 52 53 54 55 57 57 58 60 61 62 63 66 66 67 68 70 70 71 76 77 78 78 83 84 86 87 Refer ncias Anexo A Trabalhos Publicados Pelo Autor Anexo B Roteiro de Aplica o Anexo Termo de Livre Consentimento Anexo D Question rios Anexo E Descri es das cenas armazenadas em arquivos XML xi 91 97 98 100 102 110 Agradecimentos A todos os familiares amigos e colegas de trabalho que sempre me apoiaram e incentivaram ao longo desses anos estejam eles ainda no meu conv vio di rio ou em outras oportunidades dadas pela vida Prof Wu Shin Ting pela orienta o que me deu na condu o do projeto desde as discuss es iniciais at as cobran as sobre as an lises estat sticas a confec o deste texto e principa
6. Valor obtido 60 60 05 70 69 05 80 79 05 90 89 00 100 97 69 110 109 33 120 122 92 Fonte O autor A tabela 4 3 apresenta a rota o do controle em rela o ao eixo da profundidade da c mera y Os dados medidos s o pr ximos aos valores esperados o que pode ser verificado ao observar o coeficiente de determina o R 0 9998 Tabela 4 3 Medidas da rota o y do Wii Remote em torno do eixo y Angulo Valor obtido 0 2 30 90 90 42 180 181 92 270 266 76 Fonte O autor Considerando as caracter sticas ergon micas do movimento que o usu rio faz no ambiente de en sino de F sica assumiu se constante e nulo o ngulo de rota o a em rela o ao eixo z ou seja O controle fica disposto perpendicularmente imagem gerada 4 5 An lise da usabilidade E essencial neste projeto avaliar a receptividades dos potenciais usu rios em rela o ao ambiente concebido Para tal foram aplicados alguns testes para que os usu rios pudessem avaliar a usabilidade 46 Controle de um cursor 3D via Wii Remote do Wii Remote como controlador de um apontador 3D virtual propiciando uma intera o precisa com o ambiente tridimensional Foram considerados os seguintes fatores que poderiam influenciar nos resultados dos testes F1 habilidade de visualiza o espacial F2 habilidade de coordena o motora F3 familiaridade com uso de videogames com intera o gestual e F4 familiaridade com uso aplica
7. lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveZ gt lt FIELD fieldtype boolean attrname ODEMove gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ODETipo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSempre gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSolto gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecV gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecA gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraEixoRot gt lt FIELD fieldtype i4 attrname TipoDeColisao gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Atrito gt lt FIELD fieldtype boolean attrname TemGravidade gt lt FIELDS gt lt PARAMS CHANGE LOG 104204304 gt lt METADATA gt lt ROWDATA gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 196 R 196 Massa 0 01 Dim1 3 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 25 Y 10 X 10 ID 0 Nome Objeto1 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 102 R 102 Mass
8. o de 1 7 no desempenho porcentual do teste com quatro quest es para o teste com nove quest es entretanto os testes estat sticos n o mostram diferen a significante para essa queda Essa leve queda no desempenho pode estar relacionada ao aumento do n mero de quest es uma vez que o ndice de acertos permaneceu acima de 80 Para analisar a reten o dos conceitos que foram explorados durante a experimenta o no am biente de simula es 3D o teste contendo as nove quest es foi reaplicado uma semana depois e os resultados da tabela 5 7 mostraram que houve uma queda de 0 4 pontos em uma escala de O a 9 entre os dois question rios Essa diferen a mostrou se estatisticamente significativa entretanto sob o ponto de vista de um professor com quinze anos de experi ncia que desenvolveu a proposta deste trabalho elaborou e aplicou os testes pode se afirmar que tal condi o era esperada uma vez que os alunos n o possuem um alto grau de reten o do conte do que lhes apresentado independentemente do mecanismo ou meio utilizado em aulas Ao verificar os resultados dos question rios como um todo pode se dizer o ambiente de apren dizagem proposto tem maior efetividade nas situa es em que a aprendizagem se d pela repeti o de tarefas uma vez que os resultados melhoraram ao se comparar as quatro quest es altamente re lacionadas com as cenas que os alunos puderam interagir no ambiente virtual Entretanto n o foi efet
9. realidade As simula es do aplicativo foram realizadas pela engine f sica ODE respons vel pela aplica o das leis da Mec nica Cl ssica aos corpos principalmente em rela o s colis es que apresentou resultados condizentes com a teoria para cada um dos cen rios elaborados pelo professor Devido ao fato do Wii Remote possuir como resposta h ptica apenas a possibilidade de ligar ou desligar o motor de vibra o e de n o possuir um force feedback devido ao fato de n o estar acoplado a nenhuma estrutura fixa que possa reagir for a aplicada pelo usu rio algumas categorias do question rio FCI tiveram que ser descartadas devido a impossibilidade de realizar simula es para exemplificar essas quest es Um novo grupo de alunos foi submetido aos testes para verificar os aspectos pedag gicos do ambiente contextualizado para o ensino de F sica Esses alunos foram divididos em dois grupos no primeiro a rea o h ptica do Wii Remote era habilitado quando o usu rio segurava um objeto enquanto que o segundo grupo considerado grupo de controle n o sentiu nenhuma vibra o do controle comparar as quatro quest es comuns aos question rios que os alunos responderam antes e imediatamente depois de utilizarem o ambiente observou se que o n mero de erros conceituais de F sica diminuiu em todos as quest es entretanto somente em duas dessas quest es a evolu o pode ser considerada estatisticamente significativa
10. resposta h ptica do Wii Re mote durante as situa es em que os objetos estavam sendo segurados e movidos pelo espa o Essa opini o foi expressa em uma escala hed nica de 5 pontos que representavam as situa es de N o ajuda a ter a sensa o de estar segurando o objeto virtual at Ajuda a ter a sensa o de estar se gurando o objeto virtual O gr fico da figura 4 14 mostra que a vibra o do Wii Remote durante o ato de segurar os objetos da cena contribui para o usu rio como uma maneira adicional da percep o 4 5 An lise da usabilidade 55 de estar segurando os objetos observando que 10 usu rios com pouca experi ncia e 6 com alguma assinalaram as duas alternativas superiores ou seja 60 dos usu rios sinalizaram positivamente para esse Figura 4 14 Opini o dos usu rios sobre o quanto a rea o h ptica como realimenta o de sele o e movimenta o de objetos pode auxiliar na percep o de estar segurando o objeto do mundo virtual m N o ajuda El a H Ajuda Pouca Alguma Muita Experi ncia do usu rio N mero de usu rios O e N W A oO Fonte o autor Verificou se ainda que a realimenta o h ptica auxilia na percep o do movimento com maior in tensidade nos usu rios com pouca experi ncia Todos os usu rios com muita experi ncia assinalaram a alternativa 2 mais pr xima opini o de que a realimenta o h ptica n o contribuiu
11. Qs Qy Q2 d velocidade angular wr Wy wz que descreve como a orienta o do corpo muda em fun o do tempo O solver dispon vel na biblioteca ODE de primeira ordem portanto os resultados s o calculados rapidamente mas com precis o e estabilidade reduzidas Por exemplo quando muitos cubos dispos tos em uma parede alta pode se observar a instabilidade do modelo em virtude de muitos pontos de contato existentes entre os blocos da parede Essas oscila es podem em algumas situa es cr ticas ocasionar o desmoronamento dessa parede Mesmo assim estipulando se algumas restri es para o tamanho massa e for as envolvidas nas simula es a estabilidade de c lculo mantida na maioria dos casos As colis es detectadas na ODE s o resolvidas utilizando o modelo de contatos de colis o de modo que para cada colis o detectada s o criadas juntas virtuais entre esses pontos de colis o e s o aplicadas for as que atuam de forma a separar esses pontos que est o colidindo A biblioteca ainda trata a for a de atrito utilizando o modelo cl ssico de Coulomb para cada contato de colis o gerado uma rela o simples entre as for as normais tangencias presentes no ponto de colis o e o coeficiente de atrito Entretanto a biblioteca ODE faz uma simplifica o e utiliza uma pir mide de for as de atrito ao contr rio do descrito por Baraff 1989 que utiliza um cone de for as Outras caracter sticas importante
12. dada pelo histograma da figura 4 11 Figura 4 11 Histograma indicando as faixas do tempo m dio que os usu rios levaram para movimen tar um bloco independente do n mero de testes e do n mero de blocos de cada teste 16 A m N N mero de usu rios eo 5 N 00 41 02 01 03 20 04 40 06 00 08 40 Tempo m dio de movimento por bloco mm ss Fonte o autor 52 Controle de um cursor 3D via Wii Remote Para essa amostragem 95 dos participantes conseguiu realizar o teste em um tempo menor do que 5 minutos e 20 segundos Al m disso foi verificado ainda que o tamanho do efeito da vari vel tempo em rela o aos usu rios com Pouca e Alguma experi ncia se apresentou como moderado d 0 431 Considerando os valores m dios dos tempos a partir do teste 72 foi determinada por regres s o n o linear a equa o 3 12 da curva de aprendizagem seguindo o modelo potencial de Wright ANZANELLO FOGLIATTO 2007 com coeficiente de determina o R 0 9684 que descreve o comportamento do aprendizado do usu rio teste ap s teste A equa o T n 368 n 999 permite determinar o tempo m dio em segundos para o n simo teste de movimenta o de blocos at os respectivos alvos ao qual um usu rio ser subme tido A constante 368 s consiste no tempo do primeiro teste analisado Al m disso a decli vidade da curva de aprendizado b 0 335 pe
13. 0 R 128 Massa 100000 Dim3 10 Dim2 1 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixo Y 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 5 A a ID 3 Nome Perna 4 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 2 ODEMove FALSE MoveZ FALSE MoveY FALSE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 0 G 0 R 128 Massa 100000 Dim3 1 Dim2 11 Dim1 11 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 10 5 Y 0 X 0 ID 4 Nome Tampo RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 2 ODEMove FALSE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 0 B 0 G 128 R 255 Massa 1000 Dim3 2 Dim2 1 Dim1 11 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixo Y 0 eixoX 0 Ang 0 Z 13 Y 0 X 0 ID 5 Nome Barra RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre TRUE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY FALSE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 0 G 0 R 255 Mas
14. 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 10 X 0 ID 2 Nome Objeto3 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre TRUE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE Move Y TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 164 B 255 G 0 R 0 Massa 1 Dim1 4 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 1 Ang 30 Z 30 Y 3 5 X 0 D 3 Nome Objeto4 RowState 4 gt lt ROWDATA gt lt DATAPACKET gt lt xml version 1 0 standalone true gt lt Cena 2 Esferas com gravidade gt lt DATAPACKET Version 2 0 gt lt METADATA gt lt FIELDS gt lt FIELD WIDTH 20 fieldtype string attrname Nome gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ID gt lt FIELD fieldtype r8 attrname X gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Z gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Ang gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixo Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SY gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim1 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim2 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim3 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim
15. 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 17 Y 0 X 0 ID 19 Nome Objeto20 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 20 Y 0 X 0 ID 20 Nome Objeto21 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 2 Y 5 X 0 ID 21 Nome Objeto22 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 5 X 0 ID 22 Nome Objeto23 RowState 4 gt
16. Ao considerar a pontua o total dessas quatro ques t es observou se que existe uma diferen a estatisticamente significativa na resposta m dia entre as avalia es indicando que o uso do ambiente para simula es propicia aumento na pontua o de acertos Verificou se ainda que a maioria dos alunos que aumentaram o n mero de acertos estava utilizando o controle com a resposta h ptica habilitada entretanto os testes estat sticos mostraram que n o se pode afirmar que o fator h ptico interfere no n mero de acertos dos usu rios Entretanto o custo se ter o efeito h ptico t o pequeno que pode valer a pena deix lo habilitado para que os usu rios 89 com menor experi ncia em tecnologias tridimensionais tenham um pouco mais de facilidade com o manuseio do cursor 3D Pode se ainda investigar futuramente se outros dispositivos de entrada de dados tridimensionais que n o possuam a resposta t til possam ser utilizados para manipular o cursor 3D no ambiente virtual para o ensino de F sica desenvolvido Hardwares como o Leap Motion ou o Kinect podem fazem a leitura da m o ou at mesmo do corpo do usu rio e seus dados podem ser codificados e utilizados para a movimenta o do cursor 3D sem perder a proposta de que a intera o com car ter l dico pode despertar interesse nos alunos ao utilizarem um ambiente de aprendizagem Ao analisar todas as quest es desses question rios observou se na tabela 5 6 uma diminui
17. Fonte Manual de Instru es do Wii Configura es do Console NINTENDO 2011 A partir das opera es b sicas reconhecidas pelo Nintendo Wii foram definidas as opera es que seriam implementadas neste projeto Dessas opera es b sicas a opera o apontar serve como base para as opera es segurar empurrar puxar e torcer definindo a situa o inicial do Wii Remote antes de realizar essas outras tr s tarefas Neste projeto a situa o inicial definida quando o usu rio pressiona o bot o A do Wii Remote A opera o torcer n o est implementada para manipular os objetos da cena entretanto a rota o do cursor exibido na tela equivalente situa o do controle na m o do usu rio Foram implementadas as seguintes opera es no projeto a iniciar movimento equivalente opera o apontar Serve como base para as demais opera es definindo a situa o inicial do Wii Remote quando o bot o A pressionado 40 Controle de um cursor 3D via Wii Remote b movimentar as opera es segurar referente ao movimento do cursor 3D no plano da imagem e empurrar puxar referente profundidade foram unificadas permitindo mover os elementos em tr s dire es Caso o usu rio solte o bot o A o cursor deixar de se mover c segurar com o cursor 3D no interior de um objeto o usu rio pode pressionar os bot es A e B com os dedos polegar e indicador em posi o de pin a para movimentar o objeto seleci
18. L The use of a nintendo wii remote control in physics experiments European Journal of Physics v 34 n 5 p 1277 2013 Dispon vel em lt http goo gl EAXZCG gt Acesso em 01 jan 2015 ANALOG DEVICES ADXL330 Norwood 2007 Dispon vel em lt http goo gl CQXzB7 gt Acesso em 17 out 2010 ANDERSON D R SWEENEY D J WILLIAMS T A Estat stica aplicada administra o e economia S o Paulo Pioneira Thomson Learning 2003 642 p ANZANELLO M J FOGLIATTO F S Curvas de aprendizado estado da arte e perspectivas de pesquisa Gest o amp Produ o scielo v 14 p 109 123 04 2007 ISSN 0104 530X Dispon vel em lt http goo gl xIPigF gt BARAFF D Analytical methods for dynamic simulation of non penetrating rigid bodies Computer Graphics SIGGRAPH 89 v 23 n 3 p 223 232 07 1989 ISSN 0201504340 Dispon vel em lt http goo gl 712k5Z gt BARBETA V B YAMAMOTO I Dificuldades conceituais em Fisica apresentadas por alunos ingressantes em um curso de Engenharia Revista Brasileira de Ensino de Fisica scielo v 24 p 324 341 09 2002 ISSN 1806 1117 Dispon vel em lt http goo gl rG9cKm gt BREISINGER M HOLLERER T FORD J FOLSOM D Implementation and evaluation of a 3d multi modal learning environment In PEARSON E BOHMAN P Ed Proceedings of World Conference on Educational Multimedia Hypermedia and Telecommunications 2006 Chesapeake VA Association for t
19. Nas quest es complementares do teste P s o desempenho dos alunos se mostrou pior do que somente nas quest es comuns aos dois testes e com forte coes o com as simula es indicando que o ambiente n o parece contribuir muito nas situa es em que o aluno deve analisar uma nova situa o mesmo com o tema relacionado com o exemplo apresentado no ambiente interativo Deve se ressaltar que n o foi realizada uma compara o do uso do ambiente com outras t cnicas de ensino para que se pudesse diferenciar os resultados obtidos de um grupo de controle submetido a outras t cnicas Outro fator que parecia ser promissor pelas opini es expressas pelos usu rios durante a valida o da proposta do cursor 3D mas n o se mostrou muito efetivo no ambiente educacional foi a rea o h ptica do controle enquanto o usu rio movimentava os objetos da cena embora houve um aumento nas m dias e medianas do grupo que utilizou esse recurso estatisticamente o resultado n o se com provou Com a remo o dessa vari vel houve a retirada do grupo de controle das an lise impedindo a compara o das demais an lises entre os grupos Cap tulo 6 Conclus es Visando a aprimorar o ensino de F sica para os alunos das primeiras s ries de cursos de En genharia prop s se desenvolvimento de um ambiente de laborat rio com uma interface interativa tridimensional similar de jogos digitais O projeto relatado neste trabalho foi dividido cronologica m
20. R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 14 Y 10 X 0 ID 32 Nome Objeto33 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 17 Y 10 X 0 ID 33 Nome Objeto34 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 20 Y 10 X 0 ID 34 Nome Objeto35 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre TRUE ODETipo 4 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY FALSE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 255 R 255 Massa 100 SZ 0 05 SY 0 05 SX 0 05 eixoZ 1 eixoY 0 eixoX 0 Ang 90 Z 10 Y 0 X 20 ID 35 Nome Objeto36 RowSt
21. TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 10 X 0 ID 29 Nome Objeto30 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 8 Y 10 X 0 ID 30 Nome Objeto31 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 11 Y 10 X 0 ID 31 Nome Objeto32 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174
22. Vu R 3 3 yi Taj ps Ma 1 ll Sabe se que y representa a m dia dos valores amostrais e que Ya a m dia dos valores ya calculados pela express o yaj ao Lj Essa t cnica ser utilizada para analisar os resultados das grandezas que podem ser medidas di retamente com o Wii Remote bem como a determina o dos par metros caracter sticos da curva de aprendizagem apresentada na se o 3 3 3 2 2 Estat stica descritiva Esta se o apresenta uma breve introdu o aos conceitos e m tricas utilizados para descrever as caracter sticas da concentra o e variabilidade dos dados obtidos ao longo deste trabalho Dentre as medidas utilizadas como resumo para caracteriza o das vari veis foram utilizadas a m dia como medida de posi o ANDERSON SWEENEY WILLIAMS 2003 p 81 al m do desvio padr o e o erro padr o como medidas de dispers o para analisar amostras de tamanho n A principal medida de posi o dos dados amostrados a m dia z que representa dentro do espa o amostrado a tend ncia do local em que existe maior concentra o dos dados de uma distribui o Pode ser calculada pelo somat rio dos valores amostrados dividido pelo tamanho da amostra como apresentado na equa o 3 4 Ti 1 3 4 n Us 1 Em algumas situa es n o basta apenas determinar a posi o da concentra o dos dados no espa o amostral mas pode se utilizar
23. e como a gravidade est habilitada ao in cio da simula o os alunos podem observar que os corpos come am a cair e tocam o plano horizontal ao mesmo instante mas ap s a colis o alcan am alturas diferentes O tipo das colis es foi considerado como parcialmente el stico Mesmo com o usu rio podendo manipular os elementos dessa cena as informa es sobre os conceitos s o melhor visualizados deixando a simula o acontecer naturalmente at as tr s esferas entrarem em repouso no ch o ou seja nessa simula o n o h necessidade do alunos interagir com os elementos da cena 74 Ambiente de simula es f sicas Figura 5 10 Cena do caso 3 queda livre de tr s esferas com massas distintas soltas de mesma altura com representa o gr fica dos respectivos vetores velocidade WiinRemote Active Ferrament tas ER Arquivo Batleria 22 Fonte o autor Embora houvesse uma varia o nas cores n o havia nenhuma indica o da massa dos objetos Al m disso o vetor velocidade das esferas vai aumentando sua intensidade durante a queda mas de maneira equivalente nos tr s corpos garantindo que toquem o ch o ao mesmo tempo e em seguida subam novamente at uma altura menor do que a inicial Cena 4 Essa simula o permite verificar que as esferas com massas diferentes tocam o ch o ao mesmo instante e mesma dist ncia da mesa Assim como na cena anterior esse ambiente est
24. gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim4 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Massa gt lt FIELD fieldtype r8 attrname R gt lt FIELD fieldtype r8 attrname G gt lt FIELD fieldtype r8 attrname B gt lt FIELD fieldtype r8 attrname A gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UsaCor gt lt FIELD WIDTH 255 fieldtype string attrname Arquivo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UserMove gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveX gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveY gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveZ gt lt FIELD fieldtype boolean attrname ODEMove gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ODETipo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSempre gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSolto gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecV gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecA gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraEixoRot gt lt FIELD fieldtype i4 attrname TipoDeColisao gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Atrito gt lt FIELD fieldtype boolean attrname TemGravidade gt lt FIELDS gt lt PARAMS CHANGE LOG 1042043044045046047048049041004 1104120413041404 1504 160417041804 190 420 0 4 21 0 4 22 0 4 23 04240425042604270428042904300431043204330434043504 36 0 4 gt lt METADATA gt lt ROWDATA gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 Mostra
25. lo at uma regi o onde h superf cie para apoi lo Assim o usu rio pode movimentar livremente o Wii Remote mas a posi o do cursor 3D somente ser alterada enquanto o bot o A estiver pressionado Por fim houve a necessidade de alinhar o movimento do cursor 3D de acordo com o ponto de vista do usu rio ou seja quando o Wii Remote levado da direita para a esquerda o cursor deve seguir da direita para a esquerda da tela independentemente do movimento que ocorrer em rela o ao sistema de coordenadas da cena ou do aceler metro Para isso foi necess rio calcular uma matriz de rota o da c mera virtual e aplicar a transforma o multiplicando a inversa dessa matriz pelas componentes da acelera o Para obter a matriz de rota o s o considerados tr s fatores que definem um c mera no sistema de coordenadas da OpenGL e que gera as imagens do ambiente virtual a posi o da c mera POS POS POS POS posi o do ponto ALVO ALVO ALVO ALVO para onde a c mera est apontada e o vetor que indica a dire o cima vup vupy vupz da imagem captada pela c mera virtual Pode se obter o vetor Vpii que representa a dire o da profundidade da c mera ao se calcular a diferen a entre as coordenadas dos pontos do alvo e da localiza o da c mera up ALVO POS A partir dos vetores dup e vp s o determinadas os vetores das express es da equa o 4 1 T23
26. o do cursor 3D Quando se declaravam aptos ao uso da ferramenta o roteiro indicava que deveriam abrir cada uma das cenas disponibilizadas na pasta As cenas foram criadas de maneira a estarem relacionadas com a quest es respondidas inicialmente Em todas as cenas os alunos foram divididos em dois grupos sendo que um deles utilizou o Wii Remote com o recurso da rea o h ptica quando o usu rio segura um objeto virtual habilitada e outro com essa funcionalidade desabilitada 5 5 Verifica o do aprendizado 77 Figura 5 14 Aluna durante o experimento Fonte o autor Ap s esse momento de experimenta o os alunos foram convidados a responder ao question rio completo com intuito de verificar se os eventuais erros que ocorreram no question rio preliminar foram eliminados al m de verificar se o aluno consegue estender os conceitos para novas situa es ainda relacionadas aos assuntos Uma semana ap s a aplica o dos testes os mesmos alunos foram novamente convidados a res ponderem ao question rio completo com intuito de se observar se houve reten o dos conceitos observados durante a experimenta o Durante o segundo dia o aluno n o teve contato com o aplica tivo 5 5 Verifica o do aprendizado Esta se o apresenta os resultados obtidos dos testes Pr P s e Reteste descritos na se o 5 4 3 e respondidos pelos alunos que participaram do experimento Al m da an lise demogr fica dos participan
27. o motor do disco voador ligado e produz nele uma for a constante em um ngulo perpendicular linha ab Essa for a constante mantida at que o disco voador alcance o ponto c no espa o Depois da posi o c a velocidade do disco voador est A constante B continuamente aumentando C continuamente diminuindo D aumentando inicialmente e depois ficando constante E constante inicialmente e depois diminuindo 9 Um objeto largado por um avi o em voo horizontal como mostrado na figura Qual trajet ria quando vista por um que observador situado no ch o mais se aproxima daquela seguida pelo objeto depois de deixar o avi o 2 o 9 zDLLILI m Ri 110 Anexo E Descri es das cenas armazenadas em arquivos XML Os arquivos XML foram gerados diretamente pelo componente ClientDataSet utilizado como interface para gerenciamento de banco de dados Esses cinco arquivos foram as cenas utilizadas pelos alunos durante a simula o e descritas na se o 5 4 2 111 lt xml version 1 0 standalone true gt lt Cena 1 Esferas sem gravidade gt lt DATAPACKET Version 2 0 gt lt METADATA gt lt FIELDS gt lt FIELD WIDTH 20 fieldtype string attrname Nome gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ID gt lt FIELD fieldtype r8 attrname X gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Z gt
28. podendo re presentar caracter sticas geom tricas ou dimens es dos objetos dispon veis na ODE SMITH 2006 5 1 Modelagem de dados das cenas 59 ee 99 como mostrado no quadro 5 2 Os itens com o simbolo nao sao considerados para o tipo de geometria descrito Quadro 5 2 Atributos de dimens es dos objetos da cena Tipo de objeto ODETipo Dimi Dim2 Dim3 Dim4 Esfera 0 Raio C psula 1 Raio Dist entre centros Paralelep pedo 2 Lado X Lado Y Lado Z Plano 3 a b Malha triangular 4 O plano definido pela equa o a x b y c z d 0 Fonte O autor Para que o ambiente de simula es de experimentos de F sica pudesse ter mais realismo optou se por n o produzir o modelo 3D dos objetos no aplicativo mas utilizar aplicativos comerciais de modelagem de s lidos ou superf cies para gerar esses modelos Independentemente do aplicativo comercial utilizado o usu rio poder salvar o modelo na extens o Wavefront Object OBJ e inser lo no aplicativo desse projeto Como esse formato de arquivo armazena o conjunto de v rtices e as listas de v rtices que formam tri ngulos optou se por inserir esses dados na biblioteca ODE com a estrutura de malha triangular conforme apresentado na se o 2 2 2 Portanto o atributo Arquivo n o armazena as informa es do modelo 3D mas somente o caminho do arquivo WaveFront Object com extens o OBJ armazenado no computador Assim como acontece nos aplicativos
29. rios que fizeram as simula es sem a rea o h ptica foi perdido Dessa maneira os resultados apresentados a seguir n o cont m a compara o entre os dois grupos mas somente as diferen as entre os testes em um primeiro momento com todas as quest es dos testes Pr e P s para verificar como os alunos se comportaram ao se apresentarem novas quest es relacionadas s simula es e em seguida a compara o entre os testes P s e Reteste para verificar a reten o do aprendizado ap s uma semana do experimento 5 5 Verifica o do aprendizado 83 5 5 3 Verifica o do aprendizado para novas situa es propostas Esta se o apresenta os resultados das an lises realizadas considerando as quatro quest es do question rio Pr e as nove do question rio completo P s aplicados imediatamente antes e depois da experimenta o do ambiente pelos alunos Essa compara o tem por objetivo verificar se o ambiente proposto facilitou aos alunos avaliar as novas quest es relacionando as com as do primeiro teste e com as cenas simuladas no aplicativo Para comparar o desempenho dos usu rios antes e depois do uso do ambiente de simula es f sica n o foi considerado o total absoluto de acertos mas o percentual dos acertos nos dois question rios uma vez que o n mero de quest es nos question rios Pr e P s s o diferentes Na tabela 5 6 s o apresentadas algumas medidas resumo do desempenho porcentual dos questi on r
30. tegid Yor Bee Sd WR BE BAO DAR PD ES s C Corre o dos eixos do aceler metro no Wii Remote para o sistema dextr giro Vetores que comp em a base sobre a WiiBar Representa o do cursor 3D como um bloco amarelo e linhas vermelhas para auxiliar o usu rio com a navega o do cursor 3D XV 19 4 6 Ambiente de teste contendo dois objetos preenchidos de cores e tamanhos diferentes bem como as linhas que indicam os respectivos alvos com tamanho e cores corres DODdentes s voa vue RE RHEIN e dE NE Oe veis get 4 7 Valores m dios delimitados pelos respectivos erros padr o das dist ncias relativas adimensional entre objetos e respectivos alvos obtidos ao longo dos seis testes e distribu dos segundo o grau de experi ncia dos usu rios 4 8 Histograma indicando as faixas de dist ncias relativas adimensional m dias entre objetos e seus respectivos alvos que os usu rios posicionaram os blocos independente do n mero de testes e do n mero de blocos de cada teste 4 9 Valores m dios delimitados pelos respectivos erros padr o dos tempos totais da rea liza o dos seis testes em fun o do grau de experi ncia dos usu rios 4 10 Tempos m dios por bloco para posicionamento de cada um dos seis testes 4 11 Histograma indicando as faixas do tempo m dio que os usu rios levaram para movi mentar um bl
31. udio e LEDs do Wii Remote que podem por exemplo indicar a carga da bateria Ao observar as caracter sticas t cnicas funcionalidades e limita es do Wii Remote foi ponderado o custo e o benef cio e ap s uma s rie de testes preliminares verificou se que os resultados eram satisfat rios para se investir no desenvolvimento do projeto utilizando o Wii Remote como controle para um cursor 3D em ambiente virtual 2 3 20 Trabalhos correlatos Esta se o apresenta alguns trabalhos que utilizam as mais diversas abordagens para desenvolver ambientes virtuais que permitam aos alunos fazerem intera es com os objetos das cenas com intuito de complementar o aprendizado visto em aula Breisinger et al 2006 apresentam em seu trabalho o ambiente LEMMA Learning Environment with Multi Media Augmentations que permite ao professor criar um tutorial para que o aluno possa navegar em uma interface 2D onde s o apresentadas informa es te ricas com imagens e f rmulas al m da 3D que permite ao aluno interagir com os objetos A intera o pode ser feita usando o mouse tradicional e at mesmo uma Data Glove O fator l dico pode ser explorado como mostram Squire et al 2004 Eles desenvolveram um jogo de labirintos eletromagn ticos em que o aluno deve posicionar algumas part culas carregadas positivas negativas neutras ou dipolos no ambiente 3D e liberar uma nave cuja trajet ria definida pelo campo criado pelas cargas 2 3 Wi
32. 2 938 0 108 em uma escala de at 5 Entretanto pode se observar que o grau de dificuldade expresso pelos usu rio para realizar mo vimentos perpendiculares imagem do aplicativo exibido em frente ao usu rio tamb m equiva lente aos grupos maior do que a dificuldade para realizar movimentos na horizontal ou vertical 3 688 0 272 4 5 An lise da usabilidade 53 Figura 4 12 Grau de dificuldade expresso pelos usu rios entre 1 e 5 do movimento do cursor 3D nas dire es horizontal vertical e profundidade classificados de acordo com o n vel de experi ncia dos usu rios 5 4 S 2 B Dificuldade z 5 Dificuldade V 3 m Dificuldade P s o 2 Pouca Alguma Muita Experi ncia do usu rio Fonte o autor Foram feitas testes estat sticos considerados todos os participantes independente do grau de ex peri ncia O teste t Student foi aplicado nos valores referentes s dificuldades nas tr s dire es duas a duas e pode se confirmar o fato de que existe diferen a significativa quando comparados as difi culdades nos movimentos horizontal e profundidade p valorr p 0 0015 e vertical e profundidade p valory p 0 0067 N o se pode afirmar que existe diferen a estatisticamente significativa na di ficuldade dos movimentos horizontal e vertical p valor ry 0 7457 As mesmas an lises feitas sob ptica n o param trica do teste de Mann Whitney apresentam resultados similares
33. MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 17 Y 5 X 0 ID 26 Nome Objeto27 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 20 Y 5 X 0 ID 27 Nome Objeto28 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 2 Y 10 X 0 ID 28 Nome Objeto29 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY
34. comerciais de modelagem caso exista um arquivo de defini es de materiais extens o MTL ele deve estar na mesma pasta do arquivo OBJ Independente do tipo do objeto que criado ele deve possuir uma cor definida por suas com ponentes RGBA Os valores de cada um desses quatro campos s o n meros reais pertencentes ao intervalo 0 1 Essa cor ser utilizada em todo o objeto mas somente ser utilizada caso o atributo UsaCor contiver o valor l gico TRUE caso contr rio o valor RGBA ser definido como 0 0 0 0 Para os objetos do tipo malha triangular criados em aplicativos de terceiros simples esse recurso pode ser utilizado principalmente se forem criadas v rias inst ncias desses elementos na cena En tretanto para os modelos mais elaborados que normalmente possuem um arquivo com a defini o de materiais recomenda se utilizar o valor FALSE para o atributo UsaCor de tal maneira que as cores e texturas definidas internamente ao arquivo OBJ originais sejam utilizadas 60 Ambiente de simula es f sicas 5 1 2 Modelagem f sica Al m das caracter sticas geom tricas cada um dos objetos da cena possui atributos relacionados F sica como a Massa restrita a um valor real positivo al m de outros tr s que s o aplicados igualmente para todos os objetos da cena uma vez que representam configura es globais do meio em que a cena est sendo composta como a gravidade o tipo de colis o e o coeficiente de
35. computador e o Wii Remote desenvolvido por Marquardt 2004 foi instalado no Delphi e permite que a comunica o entre esses dispositivos 44 Controle de um cursor 3D via Wii Remote seja transparente ao programador uma vez que dado o acesso apenas a uma inst ncia de uma classe que abstrai as propriedades e m todos relacionados ao Wii Remote c o processamento de simula es envolvendo as leis da F sica realizado pela biblioteca ODE de senvolvida por Smith 2006 Embora o gerenciamento da posi o do cursor n o seja feito pela ODE eventuais objetos que estejam sendo movidos por ele poder o colidir com outros fazendo com que a ODE processe os pontos de contato dessas colis es Assim a modelagem do cursor 3D apresentada at esse ponto faz uso dos dados do aceler metro transmitidos pelo Wii Remote e recebidos pela biblioteca de comunica o Com esse modelo do cursor poss vel utilizar a engine ODE para processar as intera es entre os objetos inseridos na cena e o cursor 3D Todos os elementos sejam objetos ou o cursor s o representados graficamente pela biblioteca OpenGL 4 4 An lise dos resultados quantitativos Nesta se o ser o apresentadas an lises num ricas sobre a medi o dos ngulos de rota o e a dist ncia at a WiiBar Para avaliar essas medidas foram feitos ajustes lineares entre os valores te ricos para que se pudesse observar os coeficientes de determina o R calculados pela expre
36. conveniente que o par metro MoveZ da esfera esteja desabilitado de tal maneira que o usu rio n o lance a esfera para cima mas somente sobre o plano horizontal da mesa Deve se ressaltar que se alguma esfera passar dos limites da mesa n o ir cair pelo bloqueio do movimento fora do plano horizontal Pode se contornar a situa o modelando a mesa com uma borda mais alta assim quando alguma esfera chegar ao final da mesa ir colidir com essa borda e ir retornar para a regi o controlada do estudo Uma vez que a esfera B s se desloca no plano da mesa o usu rio ter que moviment la em dire o da esfera e solt la para poder estudar a colis o Deve se analisar dois fatores a esfera tem que atingir a esfera 4 e a dire o de deslocamento da esfera B deve coincidir com o centro da esfera para evitar um movimento bidimensional a esfera seguindo em uma dire o e a outra ap s o choque al m dos efeitos da rota o Isso pode ser evitado pelo professor ao criar as esferas posicionando as por exemplo com o mesmo valor no atributo geom trico Y Al m disso deve se restringir parte do movimento da esfera atribuindo o valor FALSE ao atributo MoveX fazendo com que o usu rio somente possa lan ar esse objeto na dire o da esfera 4 que ap s a colis o passar a se deslocar no mesmo sentido do movimento que a esfera B tinha 5 1 4 Elementos visuais auxiliares Podem ser adicionados alguns elementos p
37. de atrito entre as superf cies dos objetos uma vez que esses valores ser o os mesmos para todos os objetos Em seguida deve indicar qual o tipo do objeto que ser inserido seja um dos elementos primiti vos da ODE esfera c psula paralelep pedo plano ou modelos tridimensionais confeccionados em aplicativos comerciais salvos no formato OBJ e interpretados pela ODE como uma malha tringular 64 Ambiente de simula es f sicas Deve se notar que existem espa os para que o professor digite a massa as informa es dos atri butos geom tricos De acordo com a op o escolhida para o tipo de objeto novos campos podem ser exibidos para que o usu rio digite os valores dos seus atributos Por exemplo se o usu rio selecionar a op o c psula ser exibida uma caixa para entrada do valor da dist ncia entre os centros de suas semi esferas abaixo do local em que se digita o raio Caso o usu rio queira escolher uma cor para ser aplicada em todo o objeto ele deve clicar sobre qualquer um dos quadrados coloridos ao lado da caixa de sele o de uso de cores apresentado na figura 5 1 e detalhado na figura 5 2 Figura 5 2 Interface para defini o da cor do objeto composta pelas componentes vermelho verde e azul bem como a transpar ncia Usa Cor Alpha R 0 G 0 B 255 a 192 Fonte o autor Ao clicar sobre o quadrado ser exibida uma janela apresentada na figura 5 3 para sele o da cor poss vel
38. diretamente ligado situa o descrita pela quest o Q1 Duas esferas s o dispostas sobre uma mesa As esfera vermelha possui massa 100 kg e a verde 1 kg enquanto que a barra possui 100 kg A barra o nico elemento que pode ser manipulado pelo usu rio e se move somente na dire o das esferas A barra n o est sujeita a o da gravidade pois seu atributo ODEMove est desabilitado A mesa apenas um elemento auxiliar ao ambiente Ela n o pode ser movimentada pelo usu rio nem pela engine ODE uma vez que o professor que a definiu atribuiu o valor FALSE aos atributos ODEMove e UserMove enquanto criava o arquivo da cena As esferas somente s o manipuladas pela ODE UserMove definido como FALSE e ODEMove recebendo TRUE ou seja embora o aluno n o possa segur las com o cursor 3D elas sofrem o efeito da colis o parcialmente el stica com a barra movimentada pelo usu rio Nessa cena o usu rio consegue mover a barra para que ela colida com as esferas com a mesma velocidade garantido que seus movimentos se iniciem ao mesmo tempo e com as mesmas condi es 5 4 Metodologia da aplica o dos testes 75 Figura 5 11 Cena do caso 4 esferas lan as de cima de uma mesa por uma barra controlada pelo cursor 3D S o representados os vetores velocidade e a trajet ria das duas esferas V Winfemote Active IRS mi Fonte o autor Cena 5 O ltimo exemplo possui os mesmos elementos
39. distribui o normal Shimakura 2012 p 102 mostra que devem ser calculadas as diferen as entre as n observa es de cada par observado considerar os valores absolutos dessas diferen as atribuir postos a cada valor calculado e calcular a soma dos postos 5 de todas as diferen as negativas ou positivas A equa o 3 9 mostra o c lculo da estat stica Z que representa o ponto de corte da curva gaussiana e est diretamente relacionada ao p valor que constitui a rea limitada pela curva normal e pelo ponto de corte Z gu 1 Z 1 3 9 n n F1 2 n4 1 24 32 Metodologia para an lise de dados Neste trabalho o teste de Wilcoxon utilizado para comparar as m dias de dois question rios com escalas de pontua o distintas sendo que um possui quatro quest es e o outro nove Teste de Mann Whitney Assim como teste de Wilcoxon teste Mann Whitney nao param trico pode ser utilizado como alternativa ao teste t Student nas situagdes em que as amostras sejam independentes dados nao pareados e n o possuam um comportamento gaussiano DORIA FILHO 1999 108 Shimakura 2012 mostra que para o c lculo do teste de Mann Whitney deve ser considerado que o menor grupo possui n amostras enquanto que o maior possui n amostras Os dados devem ser agrupados e calculado o posto dessas observa es Em seguida calcula se o valor 7 que representa a soma dos postos do menor grupo A equa o 3 10 mos
40. do ambiente 3D e os bot es para inserir e remover objetos da cena bem como abrir salvar o arquivo Figura 5 1 Interface do aplicativo do professor para cria o e edi o das cenas fj DO Abt Arquivo Insere Objeto Edta Objeto _ SabvarArquivo Nome ID x E 2 ang eixo eixoz sx sv sz Dim Dim2 Dima Pema 3 5 1 1 4 Tampo Barra Bolinha Pesada P Bolinha Leve c wN m in im oooooo oooooo oooocoo 0 0 0 0 0 0 aS Elemente Zoom 7 0 B Luz 030 Esfera C psula C Cubo Plano Arquivo Registro atuak 1 C mera EB E Nome objeto Usa Cor Rastro x Alpha N o mostra rastro yo RGBa Mostra rastro sempre zlo Raio 1 C Mostra rastro quando solto Ang 0 V ODE Move emos n v User Move 0 eixoY Movex 10 Tipo de Choque v Move Y Inel stico MoveZ Parcialmente el stico Mostra vetor Velocidade Pa Rato dao Mostra vetor Acelera o Mostra eixo de Rota o 05 Gravidade Fonte autor Quando o aplicativo executado o professor pode iniciar a inser o dos objetos um a um Para tal o primeiro passo consiste em verificar os atributos globais selecionando o tipo da colis o se a gravidade estar habilitada ou n o bem como o valor do coeficiente
41. do primeiro entretanto contextualizado de ma neira semelhante quest o Q3 que os alunos responderam no teste inicial Durante a resolu o do question rio antes de fazer a simula o havia uma quest o com um disco voador representado pelo modelo da nave Jupiter 2 da s rie de TV Perdidos no Espa o cujo movimento acontecia pela a o de uma for a constate e ap s passar por determinado local tem seus motores desligados Ap s essa introdu o a quest o solicita ao aluno que responda qual deve ser a caracter stica da velocidade do disco voador ap s o instante em que seus motores foram desligados A cena criada para a simula o cont m a nave Enterprise da s rie de TV Jornada nas Estrelas Nova Gera o que pode ser movimentada pelo usu rio somente na dire o de um campo de 35 esferas distribu das na forma de uma matriz 7x5 elementos A intera o que o aluno faz com a nave semelhante a da barra da Cena 4 entretanto como o atributo ODEMove da nave est habilitado ela continuar seu movimento retil neo quando o usu rio soltar o bot o B O usu rio pode lan ar o modelo da nave contra o campo de esfera simulando o efeito de desligar os motores quando solta a nave do cursor 3D A colis o entre a nave e as esferas al m das colis es entre esferas e esferas e de outras esferas com a nave far com que a nave se movimente pelo espa o indefinidamente quando terminarem as colis es O tipo das colis es foi consi
42. em rela o ao teste t Student com p valores 0 0053 0 0113 e 0 9119 respectivamente Isso levou a conclus o de que o movimento na dire o da profundidade deveria ser revisto ge rando uma investiga o sobre a modelagem do movimento feita inicialmente com base nas trans forma es que ocorrem com o vetor de acelera o onde foi verificado um erro a componente da acelera o no eixo da profundidade era 12 menor do que nas demais Dessa maneira esse fa tor 1 12 foi multiplicado nessa componente para que o movimento do cursor 3D seja equivalente independentemente da dire o 4 5 4 Dificuldade em realiza o de tarefas propostas Foi solicitado que o usu rio indicasse o grau de dificuldade de 1 a 5 ao realizar a seguintes a es movimenta o do cursor 3D sem o bloco mover o cursor at o bloco segurar o bloco e posicionar o bloco no alvo O gr fico da figura 4 13 mostra que a dificuldade tende a ser crescente de acordo com o aumento da complexidade motora das tarefas para os tr s grupos de usu rios 54 Controle de um cursor 3D via Wii Remote Figura 4 13 Grau de dificuldade expresso pelos usu rios entre 1 e 5 na realiza o das tarefas sem bloco mover segurar e posicionar considerando os diferentes graus de experi ncia dos participantes 40 Oss U 30 2 5 20 Ls E Pouca E Alguma E Muita 5 10 9 os o 0 0 Sem bloco Mover Segurar P
43. energia que transferida da situa o antes para depois da colis o De acordo com o valor armazenado no atributo TipoDe Colisao o coeficiente de restitui o recebe os valores 0 0 inel tica 0 5 parcialmente el stica ou 1 0 perfeitamente el stica f surface bounce vel Velocidade de aproxima o m nima que os corpos tem que estar para que seja aplicado um coeficiente de restitui o n o nulo colis o entre os pontos Neste projeto seu valor zero 5 1 3 Intera es e restri es de movimento De modo geral os alunos podem movimentar um objeto selecionado quando os bot es A e B fazendo o movimento da pin a com os dedos s o pressionados enquanto o cursor est sobre o ele mento Entretanto o professor pode desenvolver uma situa o em que n o seria interessante que um determinado objeto tenha seu movimento livre em todas as dire es assim ao criar cada um dos objetos o professor pode aplicar algumas restri es Em algumas cenas podem existir elementos auxiliares como por exemplo uma mesa servir de suporte para os demais objetos que realmente fazem parte do experimento Para evitar que essa mesa se mova durante a simula o ao elaborar a cena o professor pode definir o valor l gico FALSE no atributo ODEMove de modo que a engine ODE n o atualizar eventuais mudan as de posi o desse objeto mesmo se houver alguma colis o com outro De maneira an loga o atributo UserMove pode ser utilizado
44. evolu o representa uma melhora estatisticamente significativa pelo teste de McNemar p valor 0 041 apresentado na se o 3 2 3 Tabela 5 1 Compara o do desempenho dos usu rios em Q1 Pr e Q1 P s Q1 P s Total Errado Certo Q1 Pr Errado 0 6 6 Certo 0 41 41 Total 0 47 47 Fonte O autor Na quest o Q2 percebe se que tr s alunos todos tiveram a resposta h ptica do Wii Remote au mentaram seus acertos ao comparar os instantes Pr e P s Por m essa melhora n o representa um resultado significativo do ponto de vista estat stico p valor 0 25 ou seja a melhora no resultado observado pode ser considerado fruto do acaso 80 Ambiente de simula es f sicas Tabela 5 2 Compara o do desempenho dos usu rios em Q2 Pr e Q2 P s Q2 Pos Total Errado Certo Q2 Pr Errado 1 3 4 Certo 0 43 43 Total 1 46 47 Fonte O autor A tabela 5 3 apresenta os resultados da quest o Q3 e mostra oito usu rios que inicialmente erraram e depois passaram a acertar sendo que metade pertencente ao grupo de controle Essa melhora dos resultados significativa do ponto de vista estat stico p valor 0 013 Tabela 5 3 Compara o do desempenho dos usu rios em Q3_Pr e Q3_P s Q3 P s Total Errado Certo Q3 Pr Errado 0 8 8 Certo 0 39 39 Total 0 47 47 Fonte O autor Os resultados da quest o Q4 s o apresentados na tabela 5 4 e observa se que quatro alunos tr s dos quais us
45. hip tese denominada hip tese nula Ho que conjectura o fato de n o existir diferen a entre as amostras dos grupos estudados dentro de um n vel de signific ncia desejado 30 Metodologia para an lise de dados Neste trabalho a hip tese Ho adotada para a maioria dos testes consiste em que as m dias das amostras analisadas s o iguais ou seja os grupos apresentam as mesmas caracter sticas para o n vel de signific ncia a 5 assim nos testes de compara o em que p valor lt 0 05 n o ser rejeitada a hip tese Ho o teste de McNemar a hip tese Ho verifica se a frequ ncia das respostas corretas aumenta da primeira para a segunda amostra Doria Filho 1999 p 72 ressalta que um valor de p n o significativo n o implica em que a hip tese nula seja verdadeira mas t o somente em que as evid ncias dispon veis n o s o suficientes para rejeit la Em algumas situa es deseja se verificar se existe diferen a entre os resultados de duas amostras geradas por um mesmo grupo mas em ocorr ncias distintas ou seja pode ser utilizado para verificar o quanto um fator que foi apresentado ao grupo pode influenciar nos resultados subsequentes Nesse caso dito que os dados s o pareados O diagrama da figura 3 2 mostra qual teste estat stico deve ser escolhido de acordo com o n mero de grupos que ser o comparados o padr o da distribui o dos dados nos grupos para os dados com comportamento gaussiano s o a
46. horizontal como mostrado na figura Qual trajet ria quando vista por um quse m observador situado no ch o mais se aproxima daquela ya X E M seguida pelo objeto depois de deixar o avi o 7 N So A A B D E EN A ie 0 RA 1 o Le 107 D 3 Question rio posterior ao teste 1 Uma esfera de a o amarrada uma corda e girada em uma trajet ria PEE circular em um plano horizontal No ponto P indicado na figura a corda se 7 1 rompe pr ximo esfera Se esses eventos forem observados cima que Nin trajet ria a esfera seguir aproximadamente ap s a ruptura da corda Y Ws N Z S eL AD e We 2 Duas bolinhas metal t m o mesmo tamanho mas uma pesa dobro da outra As bolinhas s o soltas do telhado de um pr dio no mesmo instante de tempo Quanto ao tempo que as bolinhas demoram a chegar ao ch o A A bolinha mais pesada demora a metade do tempo da bolinha mais leve B A bolinha mais leve demora a metade do tempo da bolinha mais pesada C Ambas as bolinhas demoram mais ou menos o mesmo tempo D O tempo consideravelmente menor para a bolinha mais pesada mas n o a metade E O tempo consideravelmente menor para a bolinha mais leve mas n o a metade Utilize a afirma o e a figura abaixo para responder as pr ximas tr s quest es A figura representa a trajet ria de um di
47. nos question rios Pr e P s Estat sticas descritivas da soma total de acertos nos question rios P s e Reteste xix XX Lista de S mbolos 2D 3D ANOVA FCI GPU ASL LED MBT OA ODE OPCODE RGB RGBA XML Bidimensional Tridimensional An lise de Vari ncia Force Concept Inventory Graphics Processing Unit Hue Saturation Luminosity Sistema de cores com componentes matiz sa tura o e luminosidade Light Emitting Diode Mechanics Baseline Test Objeto de Aprendizagem Open Dynamics Engine Optimized Collision Detection Red Green Blue Sistema de cores em 24 bits Red Green Blue Alpha opacidade Sistema de cores em 32 bits eXtensible Markup Language xxi xxii Cap tulo 1 Introdu o Um problema enfrentado por muitos professores universit rios das disciplinas de Exatas o desin teresse de parte dos alunos pelo curso Esse desinteresse ocasionado por um processo realimentado pelas dificuldades que os alunos encontram no decorrer dos primeiros semestres do curso O ciclo dificuldade desinteresse mais dificuldade um dos principais motivos para a evas o escolar Parte das dificuldades iniciais enfrentadas por alunos ingressantes em cursos superiores da rea de Exatas s o oriundas de defici ncias relacionadas manipula o de ferramentas alg bricas bem como a interpreta o gr fica de fen menos f sicos BARBETA YAMAMOTO 2002 Al m das dificul dades conceituais os alun
48. o corpo esteja parado Isso mostra que embora os alunos tenham uma no o do problema esses conceitos desenvolvidos por observa o devem ser trabalhados alinhando os com conceitos cient ficos 1 1 Motiva o Durante as aulas de laborat rio de F sica da primeira s rie do curso de Engenharia pode se ob servar que grande parte dos alunos executam os procedimentos experimentais de maneira mec nica simplesmente seguindo os passos do roteiro sem estarem atentos em estabelecer uma correla o com os conceitos apresentados nas aulas de teoria Com base nesse problema faz se necess rio que os pro fessores desenvolvam estrat gias que estimulem os alunos tanto sob o aspecto da motiva o quanto satisfa o em realizarem a atividade Uma caracter stica da F sica que a torna particularmente dif cil para os alunos o facto de lidar com conceitos abstractos e em larga medida contra intuitivos A ca pacidade de abstrac o dos estudantes em especial os mais novos reduzida Em consequ ncia muitos deles n o conseguem apreender a liga o da F sica com a vida real FIOLHAIS TRINDADE 2003 p 260 A convers o mental dos fen menos f sicos observados para os modelos alg bricos e conceituais vistos na teoria deve ocorrer de maneira natural permitindo maior receptividade para a situa o pelo envolvimento com um ambiente Isso ocorre pelo fato de que a apresenta o do conte do formal do curso sob uma abordagem
49. para a sensa o de segurar o objeto no mundo virtual Al m disso foi obtido p valor 0 9428 pelo teste t Student e p valor 0 9253 pelo teste de Mann Whitney mostrando que n o existe diferen a significativa entre as opini es sobre quanto a rea o h ptica pode auxiliar os usu rios de diferentes graus de experi ncia 4 5 6 Considera es sobre os resultados Esse estudo preliminar teve como objetivo verificar se o movimento dos objetos da cena pelo cursor controlado pelo Wii Remote poderia ser utilizado por todos os usu rios independente do seu grau de familiaridade com tecnologias e dispositivos de intera o tridimensionais O gr fico da figura 4 7 mostra que a precis o no posicionamento equivalente em rela o aos tr s n veis de experi ncia dos usu rios Ao verificar os tempos em que as tarefas foram realizadas observou se ainda que todos os participantes conseguiram concluir os testes Embora n o sejam estatisticamente significativas as diferen as o n vel de experi ncia parece ter feito com que os que possu am maior familiaridade terminassem antes dos demais Acredita se que os resultados poderiam ser mais conclusivos se o n mero de usu rios com muita experi ncia fosse maior Entretanto a amostragem foi por conveni ncia pois essas pessoas que contribu ram com seu tempo e disposi o foram volunt rios Outro fator que pode ter influenciado nos resultados consiste pelo fato de que o n vel de experi ncia ter si
50. para definir quais ser o os objetos que o usu rio poder interagir com o cursor 3D No exemplo citado n o seria conveniente que o aluno movimentasse a mesa que suporta a montagem do experimento Esses dois atributos podem possuir qualquer combina o de valores l gicos uma vez que s o independentes entre si Em algumas situa es conveniente que o movimento dos objetos pelo usu rio n o esteja total mente livre mas restrito a uma dire o ou plano Assim o professor pode atribuir valores l gicos aos atributos MoveX MoveY e MoveZ para cada um dos objetos criados na cena Por exemplo para fazer uma demonstra o da colis o unidirecional entre duas esferas sobre uma mesa a cena pode ser criada com tr s elementos a uma mesa im vel que servir como suporte aos demais elementos que fazem parte do experi mento Os atributos ODEMove e UserMove s o definidos como FALSE 62 Ambiente de simula es f sicas b uma esfera em repouso sobre a mesa Esse objeto far parte da simula o mas que n o pode ser movimentada pelo cursor 3D ou seja o valor FALSE deve ser atribu do ao atributo UserMove enquanto que ODEMove deve valer TRUE c uma esfera que o usu rio poder lan la contra a esfera com intuito de estudar colis es Tanto o atributo ODEMove quanto o UserMove devem ser TRUE Com a finalidade de utilizar a simula o gerada pelo objeto de aprendizagem da maneira mais di d tica poss vel
51. pontua o mediana equivalente nos dois momentos Por m o teste estat stico indica uma diferen a significativa p valor 0 012 pelo teste t Student pareado Quando feito um teste n o param trico Wilcoxon em que n o s o comparadas as m dias obt m se a mesma conclus o p valor 0 012 O tamanho do efeito dessa semana que separou os dois testes moderado d 0 346 5 5 Verifica o do aprendizado 85 Tabela 5 7 Estat sticas descritivas da soma total de acertos nos question rios P s e Reteste Question rio Estat stica M dia 7 3 P s Mediana 7 0 Desv Pad 1 0 M dia 6 9 Reteste Mediana 7 0 Desv Pad 1 1 Fonte o autor A figura 5 18 apresenta o histograma da distribui o dos ganhos das pontua es absolutas do teste Reteste em rela o ao teste P s Pode se observar que h um maior n mero de pessoas cujo desempenho foi pior Entretanto sob o ponto de vista absoluto da avalia o a redu o de 0 4 pontos apresenta uma queda pequena aproximadamente 4 44 ou seja a diferen a menor do o valor percentual de uma quest o em um question rio com nove perguntas Figura 5 18 Histograma com a diferen a absoluta entre o n mero de acertos do teste Reteste em rela o ao P s H uma maior concentra o de alunos que diminu ram a nota ap s uma semana N mero de 2 1 0 1 2 3 4 Diferen a do n mero de acertos entre os testes Fonte o autor Al m di
52. posi o Pj conforme mostram as equa es 4 6 e 4 7 O fator aplicado representa a sensibilidade que o usu rio pode informar de tal maneira a movimentar mais ou menos o cursor 3D a partir do movimento do controle Ui Vi 1 fator o ai ai tii ti 4 6 P Pi vi 1 ti fator 4 7 O c lculo da posi o do cursor 3D atualizado a cada frame em que o usu rio realiza um movi mento com o Wii Remote enquanto o bot o A estiver pressionado utilizando o algoritmo 1 Algoritmo 1 Movimenta o do cursor e Obter componentes da acelera o e instante de tempo atuais para que se determine a varia o com essas informa es armazenadas no frame anterior e Se o usu rio estiver pressionando o bot o A ent o aplicar uma mudan a de base para corrigir a dire o da acelera o de tal maneira que o vetor acelera o fique paralelo c mera e n o ao sistema de coordenadas absolutas calcular a nova posi o do cursor integrando numericamente as componentes da acelera o e em seguida repetindo o processo para a obten o da posi o se o cursor estiver sobre um objeto e o bot o B estiver pressionado ent o alterar o centro do objeto de maneira a coincidir com a posi o do cursor e Armazenar os valores da acelera o resultante do Wii Remote e o instante de tempo atual para pr ximo frame 4 3 Bibliotecas auxiliares 43 4 2 5 Realimenta o vi
53. processo de confronto com novas si tua es de aprendizado consiste na interpreta o dos elementos matem ticos ou fenomenol gicos envolvidos Quando a percep o entre os diferentes tipos de representa o de um mesmo elemento denominados registros matem ticos torna se transparente ao processo de aprendizagem a modela gem e a resolu o do problema ser o realizadas de forma mais simples e direta Duval 2003 mostra que as mudan as de representa o desses registros podem ser divididas em dois grupos a tratamentos transforma es de representa es dentro do mesmo registro Por exemplo a re solu o alg brica de um sistema de equa es em que todos os passos da resolu o o registro matem tico uma matriz 2 1 Aspectos educacionais 9 b convers es transforma es de representa es que mudam de registro mas conservam os objetos denotados Por exemplo transcri o de uma fun o para sua forma gr fica ou tabela de pontos Particularizando ao ensino da F sica podem se realizar demonstra es ou experimentos em aula para facilitar o desenvolvimento da habilidade dos alunos em realizarem tratamentos ou convers es entre os registros Como exemplo de convers es pode se discutir com os alunos sobre como cada coeficiente de uma equa o do segundo grau pode modificar o tra ado de uma par bola explorando a convers o entre as representa es alg brica e gr fica Em conjunto com essa an lise os
54. rio verificar as colis es entre corpos e aplicar as leis f sicas sobre os objetos Esses c lculos podem ser realizados por uma biblioteca de fun es para esse fim ou um hardware dedicado A primeira op o foi escolhida uma vez que pretende se que o sistema seja utilizado pelos alunos a dist ncia em suas resid ncias como suporte ao estudo presencial uma vez que incorporada diretamente ao aplicativo distribu do aos alunos 2 2 1 Objetos de Aprendizagem Com a dissemina o do e learning foram oferecidas mais possibilidades para a educa o a dis t ncia EaD a partir do uso de novas ferramentas tecnol gicas incluindo diferentes plataformas de hardware e software Gomes Silveira e Viccari 2004 mostram que a procura por aplicativos com putacionais que permitam e auxiliem a evolu o da educa o a dist ncia n o para de crescer Dentre essas tecnologias destacam se os objetos de aprendizagem definidos como qualquer entidade digital ou n o digital que pode ser usada reusada ou referenciada durante o ensino com suporte tec nol gico IEEE 2002 Para que os objetos de aprendizagem sejam reutiliz veis necess rio que o seu desenvolvimento preze por sua modularidade palavra virtual vem do latim virtualis derivado por sua vez de virtus for a pot ncia Na filosofia escol stica virtual o que existe em pot ncia e n o em ato O virtual tende a atualizar se sem ter passado no entanto c
55. torno da m dia enquanto o erro padr o representa a variabilidade da m dia de uma amostra para outra mesmo com tamanhos diferentes de amostras DORIA FILHO 1999 p 38 Tamanho de efeito Lindenau e Guimar es 2012 mostram que tamanho de efeito d um ndice da estat stica descri tiva que independe do tamanho da amostra e pode ser utilizado como complemento aos diversos testes de signific ncia estat stica que ser o apresentados na se o 3 2 3 O tamanho de efeito utilizado na compara o de efeitos em um nico estudo entre vari veis que foram medidas em escalas diferentes ou em metan lises situa es em que as unidades experimentais n o s o diretamente compar veis LINDENAU GUIMAR ES 2012 p 363 A partir de duas amostras de tamanho n e n2 com m dias e Tz e desvios padr o s e s Cohen 1988 prop s a equa o 3 7 que calcula o indice d como a rela o entre a diferen a das m dias desses dois grupos e o desvio padr o agrupado 3 2 T cnicas de An lises Estat sticas 29 Ti 12 ni na 2 d 3 7 Dessa maneira o ndice d normalizado em fun o do desvio padr o e seu valor normalmente pertence ao intervalo 3 3 entretanto por conven o adotado o seu valor absoluto considerando T gt Tz durante o c lculo COHEN 1988 276 Caso mais do que dois grupos estejam sendo analisados deve se considerar apenas os grupos com a maior e men
56. verifica o de quais s o as informa es transmitidas do Wii Remote para o computador foram observados alguns pontos que deveriam ser tratados O primeiro ponto consiste em alterar a dire o dos dados da acelera o do eixo y de maneira a utilizar um sistema dextr giro uma vez que o aceler metro do Wii Remote informa os valores de acordo com a base representada na figura 2 3 O valor da acelera o recebido cont m um pacote de dados contendo 8 bits valores inteiros entre 0 e 255 para cada eixo sendo que a representa o em excesso 127 ou seja o valor 127 representa acelera o nula Sabe se que valores inferiores a 127 indicam acelera es no sentido negativo enquanto que valores superiores representa acelera o no sentido positivo Assim para inverter o eixo y foi utilizado o valor complementar a 255 para esse eixo Al m disso notou se que para movimentar o cursor 3D de maneira equivalente ao movimento 37 38 Controle de um cursor 3D via Wii Remote efetuado pela m o do usu rio o movimento deveria ser restrito aos momentos em que o bot o A esti vesse pressionado uma vez que o erro num rico devido s integra es para a obten o da velocidade e posi o seriam acumulados Assim optou se em fazer a analogia com um mouse que movimenta de forma relativa um cursor 2D enquanto estiver sobre um apoio Nas situa es em que o movimento do mouse ultrapassa a superf cie o usu rio deve levantar o mouse e lev
57. 4 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Massa gt lt FIELD fieldtype r8 attrname R gt lt FIELD fieldtype r8 attrname G gt lt FIELD fieldtype r8 attrname B gt lt FIELD fieldtype r8 attrname A gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UsaCor gt lt FIELD WIDTH 255 fieldtype string attrname Arquivo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UserMove gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveX gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveY gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveZ gt lt FIELD fieldtype boolean attrname ODEMove gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ODETipo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSempre gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSolto gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecV gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecA gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraEixoRot gt lt FIELD fieldtype i4 attrname TipoDeColisao gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Atrito gt lt FIELD fieldtype boolean attrname TemGravidade gt lt FIELDS gt lt PARAMS CHANGE 106 1 0420430440 4 gt lt METADATA gt lt ROWDATA gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRU
58. ALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 7 11 Y 10 X 0 ID 3 Nome Objeto4 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 14 Y 10 X 0 ID 4 Nome Objeto5 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 17 Y 10 X 0 ID 5 Nome Objeto6 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 e
59. Conforme apresentado na se o 2 3 1 o Wii Remote transmite as informa es utilizado o proto colo Bluetooth Assim antes do aluno executar o aplicativo para simula es necess rio estabelecer uma conex o entre o controle e o computador A figura 5 6 mostra a conex o estabelecida entre os dispositivos Uma vez que a conex o foi estabelecida o aluno pode executar o aplicativo que verificar se a conex o realmente foi estabelecida e em caso negativo informar ao usu rio que o controle Wii Remote n o poder ser utilizado como controle do cursor na aplica o 5 3 Interface com os alunos 67 Figura 5 6 Conectando o Wii Remote com o computador Bluesolei Bea Bluetooth View Help z Nintendo RVL CN 1 Services Connected IP 0 0 0 0 E 4 Fonte o autor 5 3 2 Abertura de arquivos de cenas Para que o aluno possa abrir uma cena criada pelo professor ele deve clicar no menu Arquivo e em seguida Abrir Cena como apresentado na figura 5 7 E exibida uma janela semelhante a da figura 5 4 com a pasta padr o com os arquivos da cena no formato XML Figura 5 7 Tela inicial do aplicativo Fonte o autor Ap s a escolha do arquivo o aplicativo faz a leitura dos de dados pelo componente ClientDataSet e cria uma estrutura de dados din mica para armazenar os atributos dos objetos Nos casos em que o objeto corresponde a um dos primitivos da ODE somente
60. D T n Tas Tazi Taa E 4 1 Uu px gt Fay yal ate Tg X T A matriz de rota o R representada pela equa o 4 2 definida pelas componentes dos vetores T obtidos fan Tes R Ta Ty 0 4 2 Pie Uu 0 0 0 0 1 Assim para fazer a corre o do movimento do cursor deve se multiplicar a inversa da matriz de 4 2 Movimenta o do cursor 39 rota o R pelo vetor da acelera o transmitido pelo Wii Remote como mostra a equa o 4 3 alinhada nc 4 3 4 2 Movimenta o do cursor Esta se o detalha os principais m todos desenvolvidos para proporcionar uma movimenta o suave de um cursor com uso de Wii Remote 4 2 1 Movimentos e intera es do usu rio A distribui o f sica dos elementos semelhante utilizada quando o usu rio joga o Nintendo Wii habitualmente entretanto ao inv s do console do videogame utilizado um computador pessoal ou notebook A WiiBar pode ser posicionada acima ou abaixo da TV na horizontal Segundo a Nintendo o videogame interpreta cinco opera es b sicas que o usu rio pode realizar com o Wii Remote apontar segurar acenar empurrar puxar e torcer como apresentado na figura 4 1 Figura 4 1 Opera es b sicas definidas pela Nintendo para o uso do Wii Remote enquanto o jogador utiliza o videogame Nintendo Wii a Apontar b Segurar c Acenar d Empurrar Puxar e Torcer
61. DE mas ter dificuldades em elaborar um ambiente que seja didaticamente interessante Deve haver uma intera o grande entre os profissionais da educa o e de programa o de modo que o escopo do projeto seja bem definido Considerando o exemplo da cria o de um ambiente virtual para estudos de conceitos f sicos comum que sejam desenvolvidos dois aplicativos ou duas interfaces um para o professor criar e outro para os alunos utilizarem PIRKER 2013 O aplicativo ou a interface do professor deve permitir criar e editar diversas situa es acrescen tando elementos f rmulas teorias Essa flexibilidade do aplicativo apresenta como vantagem maior liberdade do professor sem ter que solicitar novos aplicativos equipe de desenvolvimento Essa op o foi escolhida para o desenvolvimento desse projeto permitindo ao professor incluir objetos primitivos como por exemplo esferas e paralelep pedos cena al m de poder importar modelos 3D de aplicativos comerciais sem ter a necessidade de modelar objetos complexos nesse ambiente O aplicativo do professor n o representa um objeto de aprendizagem mas gera um arquivo que pode ser aberto pelo aplicativo dos alunos permitindo que eles possam mesmo fora do ambiente acad mico utilizar um objeto de aprendizagem sobre F sica de maneira l dica aumentando as pos sibilidades de terem um aprendizado ativo mais significativo ao usar o controle do videogame 16 Revis o bibliog
62. Dispon vel em http goo gl KCGs2p HESTENES D WELLS M SWACKHAMER G Force concept inventory The Physics Teacher AAPT v 30 n 3 p 141 158 mar 1992 ISSN 0031 921X Dispon vel em lt http goo gl pV99V7 gt HOHENFELD D P PENIDO Laborat rios convencionais e virtuais no ensino de f sica In Anais do Encontro Nacional de Pesquisa em Educa o em Ci ncias Florian polis SC s n 2000 p 1 10 Dispon vel em http goo gl R1Q3lf IEEE WG12 Learning object metadata position statement on 1484 12 1 2002 2002 IEEE Learning Technology Standards Committee Dispon vel em http goo gl 6sxlfj Acesso em 15 jun 2011 LEE J C Low cost multi point interactive whiteboards using the Wiimote 2007 Dispon vel em http goo gl RjtvZY Acesso em 15 ago 2010 LEE J C Hacking the nintendo wii remote IEEE Pervasive Computing IEEE Educational Activities Department Piscataway NJ USA v 7 n 3 p 39 45 jul 2008 ISSN 1536 1268 Dispon vel em http goo gl X8a30 M Acesso em 15 ago 2010 LIKERT R A technique for the measurement of attitudes Archives of Psychology v 22 n 140 p 1 55 1932 Acesso em 03 jan 2015 LINDENAU J D R GUIMARAES L S P Calculando o tamanho de efeito no spss Rev HCPA amp Fac Med Univ Fed Rio Gd do Sul v 32 n 3 p 363 381 2012 LEVY P O que virtual S o Paulo Editora 34 1996 160 p MARION J B Din mi
63. E MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 20 Y 5 X 0 ID 13 Nome Objeto14 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 2 Y 0 X 0 ID 14 Nome Objeto15 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 0 X 0 ID 15 Nome Objeto16 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMo
64. E UsaCor TRUE A 0 B 255 G 255 R 255 Massa 1 Dim1 4 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 0 X 0 ID 0 Nome Objeto1 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 94 B 0 G 0 R 255 Massa 1 Dim1 4 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 0 X 10 ID 1 Nome Objeto2 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 123 B 0 G 128 R 0 Massa 1 Dim1 4 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 10 X 0 ID 2 Nome Objeto3 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 164 B 255 G 0 R 0 Massa 1 Dim1 4 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 1 Ang 30 Z 30 Y 3 5 X 0 ID 3 Nome Ob
65. EixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 2 Y 10 X 0 ID 0 Nome Objeto1 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 7 5 Y 10 X 0 ID 1 Nome Objeto2 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 8 Y 10 X 0 ID 2 Nome Objeto3 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ F
66. Histograma indicando as faixas de dist ncias relativas adimensional m dias entre ob jetos e seus respectivos alvos que os usu rios posicionaram os blocos independente do n mero de testes e do n mero de blocos de cada teste 12 5 N mero de usu rios N 0 100 0 136 0 172 0 208 0244 0 280 Dist ncia relativa dos objetos aos alvos Fonte o autor O segundo fator que foi considerado para avaliar o desempenho dos usu rio o tempo total para realizar os posicionamentos dos nove objetos distribu dos nos seis testes Foi realizado um teste t Student e obteve se p valor 0 3181 Esse resultado mostra que n o se pode concluir se existe di feren a significativa entre as m dias dos tempos para os grupos de usu rios independentemente do n vel de experi ncia embora o gr fico da figura 4 9 mostra que existe uma tend ncia de que quanto maior a experi ncia do usu rio menor ser o tempo necess rio para realizar as tarefas propostas Em virtude da normalidade na distribui o dos tempos n o foi necess rio realizar um teste n o param trico nesse caso espec fico Figura 4 9 Valores m dios delimitados pelos respectivos erros padr o dos tempos totais da realiza o dos seis testes em fun o do grau de experi ncia dos usu rios 32 24 27 28 24 02 Tempo total mm ss BONN a e 18 18 00 T T 1855 1 Pouca Alguma Muita Expe
67. IELD fieldtype r8 attrname Dim4 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Massa gt lt FIELD fieldtype r8 attrname R gt lt FIELD fieldtype r8 attrname G gt lt FIELD fieldtype r8 attrname B gt lt FIELD fieldtype r8 attrname A gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UsaCor gt lt FIELD WIDTH 255 fieldtype string attrname Arquivo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UserMove gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveX gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveY gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveZ gt lt FIELD fieldtype boolean attrname ODEMove gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ODETipo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSempre gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSolto gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecV gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecA gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraEixoRot gt lt FIELD fieldtype i4 attrname TipoDeColisao gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Atrito gt lt FIELD fieldtype boolean attrname TemGravidade gt lt FIELDS gt lt PARAMS CHANGE LOG 104204304404504604704804 gt lt METADATA gt lt ROWDATA gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 2 ODEMove FALSE MoveZ FA
68. LSE MoveY FALSE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 0 G 0 R 128 Massa 100000 Dim3 10 Dim2 1 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixo Y 0 eixoX 0 Ang 0 Y 5 X 5 ID 0 Nome Perna 1 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 2 ODEMove FALSE MoveZ FALSE MoveY FALSE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 0 G 0 R 128 Massa 100000 Dim3 10 Dim2 1 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 7 5 X A ID T Nome Perna 2 RowState 4 gt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 2 ODEMove FALSE MoveZ FALSE MoveY FALSE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 0 G 0 R 128 Massa 100000 Dim3 10 Dim2 1 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixo Y 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 5 WIS ID 2 Nome Perna 3 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 2 ODEMove FALSE MoveZ FALSE MoveY FALSE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 0 G
69. Remote foi escolhido como manipulador dos objetos desse ambiente por ser relativa mente barato al m de possuir recursos que permitem obter a movimenta o da m o do seu usu rio no espa o O Wii Remote se mostrou v lido como controlador de um cursor 3D perante os testes de usabilidade realizados por um grupo de 27 volunt rios O ambiente virtual desenvolvido representa um objeto de aprendizagem para auxiliar aos alunos com dificuldade em F sica mas sem perder o car ter l dico do uso do controle de videogame O professor pode criar cenas que reproduzam os experimentos realizados presencialmente no laborat rio mas introduzir varia es em alguns par me tros para que os alunos possam interagir com mais situa es Para realizar as simula es f sicas foi utilizada a engine ODE enquanto a renderiza o das cenas foi executada pela OpenGL Question rios que foram aplicados aos alunos antes e depois de utilizarem o ambiente virtual contextualizado para o ensino de F sica e seus resultados mostraram que o ambiente pode ser utilizado de maneira complementar aula tradicional principalmente nas situa es em que a aprendizagem acontece por repeti o de tarefas Palavras chave Realidade virtual F sica Ensino auxiliado por computador Laborat rio de F sica Video games Nintendo Interfaces gr ficas de usu rio Sistema de computador Abstract As a complement to Physics laboratories in Engineering course this work aims at de
70. Roberto Scalco Controle do cursor tridimensional via Wii Remote em ambiente de realidade virtual para o ensino de F sica Campinas SP 2015 Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia El trica e de Computa o Roberto Scalco Controle do cursor tridimensional via Wii Remote em ambiente de realidade virtual para o ensino de F sica Disserta o de Mestrado apresentada Faculdade de Engenharia El trica e de Computa o como parte dos requisitos para obten o do t tulo de Mestre em En genharia El trica rea de concentra o Engenharia de Computa o Orientador Prof Dr Ing Wu Shin Ting Este exemplar corresponde vers o final da disserta o defendida pelo aluno Roberto Scalco e orientado pela Prof Dr Ing Wu Shin Ting Campinas SP 2015 iii Ficha catalogr fica Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da rea de Engenharia e Arquitetura Luciana Pietrosanto Milla CRB 8 8129 Scalco Roberto 1979 Sca43c Controle do cursor tridimensional via Wii Remote em ambiente de realidade virtual para o ensino de F sica Roberto Scalco Campinas SP s n 2015 Orientador Wu Shin Ting Disserta o mestrado Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia El trica e Computa o 1 Realidade virtual 2 F sica Ensino auxiliado por computador 3 Laborat rio de F sica 4 Video games Nintendo 5 Interfaces gr ficas de usu rio Sistem
71. RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 11 Y 5 X 0 ID 10 Nome Objeto11 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 14 Y 5 X 0 ID 11 Nome Objeto12 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 17 Y 5 X 0 ID 12 Nome Objeto13 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALS
72. a Rhinoceros Revit etc Usabilidade do cursor 3D utilizado agora Indique o grau de dificuldade sentido durante os testes Nenhuma Pouca Alguma Alta Muito Alta Movimentar o cursor de maneira paralela tela na O O horizontal Movimentar o cursor de maneira paralela tela na O vertical Movimentar o cursor em rela o profundidade da tela Teste livre sem movimentar os blocos Movimentar o cursor at os objetos que foram q O O O movimentados Segurar e movimentar os objetos at os arredores dos uias seus destinos Posicionar os objetos com precis o na marca o de P destino Ao movimentar um objeto pela cena o Wii Remote produziu uma vibra o Avalie se essa vibra o pode ser considerada um fator que aumenta a percep o de estar segurando o objeto virtual durante o movimento do cursor N o ajuda a tera sensa o de estar O O O Ajudaa tera sensa o de estar segurando o objeto virtual 1 2 3 4 5 segurandoo objeto virtual 105 D 2 Question rio preliminar ao teste 1 D E A B D E Duas bolinhas de metal t m o mesmo tamanho mas uma pesa o dobro da outra As bolinhas s o soltas do telhado de um pr dio no mesmo instante de tempo Quanto ao tempo que as bolinhas demoram a chegar ao ch o A bolinha mais pesada demora a meta
73. a 10 Dim1 3 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 25 Y 0 X 0 ID 1 Nome Objeto2 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 0 B 225 G 0 R 0 Massa 100 Dim1 3 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 25 Y 10 X 10 ID 2 Nome Objeto3 RowState 4 gt lt ROWDATA gt lt DATAPACKET gt lt xml version 1 0 standalone true gt lt Cena 4 Mesa gt lt DATAPACKET Version 2 0 gt lt METADATA gt lt FIELDS gt lt FIELD WIDTH 20 fieldtype string attrname Nome gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ID gt lt FIELD fieldtype r8 attrname X gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Z gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Ang gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixo Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SY gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim1 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim2 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim3 gt lt F
74. a ODE nos pr ximos frames Processamento gr fico A ltima etapa que ocorre antes de atualizar a imagem do frame enviar todas as novas informa es para a biblioteca OpenGL com os seguintes passos a os buffers s o limpos para receber a nova cena b a c mera virtual posicionada c para cada um dos objetos feita uma avalia o do seu tipo esfera c psula malha triangular etc e chamada uma rotina espec fica para desenh los d tra ado o rastro dos objetos em que essa op o foi assinalada e o cursor desenhado na posi o que foi calculada f a cena enviada para ser desenhada pela OpenGL e visualizada pelo aluno 5 4 Metodologia da aplica o dos testes Com o ambiente de simula es f sicas implementado e o escopo das simula es definido pode se verificar como os conhecimentos dos alunos poderiam ser avaliados permitindo uma compara o antes e depois do uso da ferramenta proposta Para tal foi planejado como seriam os question rios bem como a din mica da atividade descritos a seguir 5 4 1 Delimita o do question rio As 29 quest es do question rio do FCI foram analisadas para que fossem selecionadas as que de alguma maneira estivessem relacionadas s capacidades do aplicativo desenvolvido O primeiro passo consistiu em verificar as seis categorias apresentadas na se o 2 1 2 e eliminar quatro delas por raz es mostradas a seguir a segunda lei de Newton embo
75. a de computador I Wu Shin Ting 1958 II Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia El trica e de Computa o III T tulo Informa es para Biblioteca Digital T tulo em outro idioma Three dimensional cursor controlled by Wii Remote for virtual reality environment to Physics teaching Palavras chave em ingl s Virtual Reality Physics Computer aided teaching Physics laboratory Video games Nintendo Graphical user interfaces Computer system rea de concentra o Engenharia de Computa o Titula o Mestre em Engenharia El trica Banca examinadora Wu Shin Ting Orientador Octavio Mattasoglio Neto Eduardo Alves do Valle Junior Data da defesa 21 01 2015 Programa de P s Gradua o Engenharia El trica iv COMISS O JULGADORA TESE DE MESTRADO Candidato Roberto Scalco Data da Defesa 21 de janeiro de 2015 T tulo da Tese Controle do Cursor Tridimensional via Wii Remote em Ambiente de Realidade Virtual para o Ensino de F sica Profa Dra Wu Shin Ting Presidente Prof Dr Octavio Mattasoglio Neto Prof Dr Eduardo Alves do Valle Junior Resumo Como complemento aos laborat rios de F sica do curso de gradua o de Engenharia este traba lho prop s se ao desenvolvimento de um ambiente contextualizado que simula um laborat rio virtual de Mec nica Cl ssica com uma interface tridimensional interativa similar ao usado em videogames O controle Wii
76. a h ptica Teste de Kruskal Wallis Doria Filho 1999 p 114 apresenta o teste de Kruskal Wallis como uma alternativa ao teste ANOVA nas situa es em que as amostras de tr s ou mais grupos sejam independentes ou seja os dados n o s o pareados e n o possuam um comportamento gaussiano teste n o param trico 34 Metodologia para an lise de dados Esse teste foi utilizado para comparar diversas vari veis de estudo da movimenta o do cursor 3D a partir das opini es dos usu rios classificados em tr s grupos de acordo com o seu grau de experi ncia com tecnologia 3D Teste de McNemar Diferente dos testes de compara o entre grupos da figura 3 2 apresentados o teste de McNemar verifica se as frequ ncias que ocorrem em duas amostras pareadas est o relacionadas DORIA FILHO 1999 p 104 necess rio um universo de pelo menos 25 amostras Normalmente utilizado para verificar a evolu o de uma m trica que ocorre antes e depois da inclus o de um fator que est sendo estudado Neste trabalho o teste foi utilizado para verificar se o n mero de acertos de um question rio aplicado antes e depois dos alunos utilizarem o ambiente proposto teve evolu o significativa 3 3 Curva de Aprendizagem Theodore Paul Wright observou que o tempo necess rio para a produ o de avi es reduzia a uma taxa constante a cada vez que a produ o dobrava No caso observado o tempo para produzir a segunda aeronave era 80
77. a mesma velocidade atingem a beirada da mesa e caem no ch o Nesta situa o A As duas bolinhas batem no ch o mesma dist ncia horizontal em rela o ao p da mesa B A bolinha mais pesada bate no ch o na metade da dist ncia atingida pela bola mais leve em rela o ao p da mesa C A bolinha mais leve bate no ch o na metade da dist ncia atingida pela bola mais pesada em rela o ao p da mesa D A bolinha mais pesada bate no ch o consideravelmente mais pr ximo ao p da mesa mas n o necessariamente a metade da dist ncia horizontal atingida pela bolinha mais leve E A bolinha mais leve bate no ch o consideravelmente mais pr ximo ao p da mesa mas n o necessariamente a metade da dist ncia horizontal atingida pela bolinha mais pesada 7 figura mostra um tubo sem atrito na forma de um segmento de c rculo A com centro em O tubo encontra se preso a uma mesa horizontal 1 XA gC sem atrito O observador olha mesa por cima As for as exercidas NU pelo ar s o insignificantes Uma bolinha disparada a alta velocidade DL E no tubo em 1 e sai em 2 Indique na figura qual trajet ria a bolinha 2 seguir ap s sair do tubo em 2 movendo se sobre a mesa sem atrito 8 Um disco voador desloca se lateralmente no espa o exterior do ponto a para o ponto b como mostrado abaixo O disco voador n o est sujeito a nenhuma for a exterior Chegando na posi o b
78. adas pelos eixos corresponde ao sistema Sistema LEMMA sendo utilizado com dois monitores como dispositivo de sa da e uma Data Glove como dispositivo de entrada de dados Imagem gerada pela composi o do v deo de uma c mera com a sobreposi o de modelos 3D utilizando a biblioteca ARToolKit 2 Simula o do experimento sobre colis es bidimensionais em um laborat rio virtual Ge usos bedt ck She als Sl GS ES OR Ambiente de ensino desenvolvido na plataforma Open Wonderland com pain is que trazem informa es sobre a Lei de Faraday al m da representa o 3D de um experi Montagem para realizar a experi ncia de um p ndulo simples utilizando o aceler metro do Wii Remote para coletar dados do experimento Diagrama da montagem do experimento de Cavendish com a c mera do Wii Remote utilizada para ler o movimento da luz refletida sobre a parede Quadro branco digital usando a c mera do Wii Remote para coletar a posi o de uma caneta com LED infravermelho Medidas de posi o e dispers o sobre a distribui o normal Testes estat sticos para compara es entre Opera es b sicas definidas pela Nintendo para o uso do Wii Remote enquanto o Jogador utiliza o videogame Nintendo MIIBIR
79. alcanti Dobroff que foram os primeiros a brincar com a biblioteca ODE em seu laborat rio virtual Alessandro Guilherme de Freitas que me ajudou a dar os primeiros passos com o Wii Remote e Ricardo Silva Tavares que ajudou na modela gem do posicionamento do cursor Aos alunos e colegas de trabalho que em 2013 contribu ram com seu tempo para testar e expor suas opini es sobre o cursor 3D E aos alunos que em 2014 se dispuseram a participar em dois dias dos question rios e testes com as simula es para verifica o do aprendizado Ao Centro Universit rio do Instituto Mau de Tecnologia pelo apoio financeiro dado divulga o deste trabalho em congressos bolsas ao aluno monitor de projeto e de inicia o cient fica al m da oportunidade da condu o da pesquisa no Campus com a participa o dos alunos da institui o xiii xiv Lista de Figuras 2 1 2 2 2 3 2 4 219 2 6 2 7 2 8 2 9 2 10 3 1 3 2 41 42 43 44 4 5 Formas geom tricas dispon veis na ODE esfera paralelep pedo c psula plano dois exemplos de malhas traingulares modeladas proceduralmente ou com elementos importados de um arquivo criado por um aplicativo gr fico 3D comercial Vistas frontal acima e posterior abaixo do Wii Representa o das dire es das componentes da acelera o medidas pelo aceler metro e enviadas ao programa Deve se notar que a base represent
80. alho para quantificar e analisar diversas m tricas obtidas como por exemplo as opini es e desempenho dos usu rios medidas dos sensores entre outras 3 2 1 Regress o linear Em algumas situa es necess rio determinar um modelo que se ajusta a valores obtidos ex perimentalmente Antes de utiliz la deve se verificar por um diagrama de dispers o dos valores amostrados se possuem um comportamento que se aproxima do linear para a aplica o da t cnica entretanto caso a distribui o das amostras n o seja linear devem ser linearizados considerando o seu padr o de comportamento Essa t cnica analisa os valores de x e de n amostras observadas e permite determinar um modelo que corresponde a uma equa o do primeiro grau Yaj ao x Burden e Faires 2003 424 utilizam as equa es 3 1 e 3 2 para determinar respectivamente os coeficientes linear ao e angular a da reta D Ti gt Vi Dm 2 25 dm 5 3 1 n Eat Eu 4 1 n 2 E 5 14 3 2 n X at Bai 1 1 1 1 O c lculo do coeficiente de determina o representa um indicador de qualidade do modelo calcu lado e seu valor pertencente ao intervalo 0 1 Quanto mais pr ximo o valor for da unidade melhor o modelo matem tico que descreve os pontos amostrados Esse coeficiente pode ser calculado pela equa o 3 3 3 2 T cnicas de An lises Estat sticas 27 3 A 4 7
81. alizar a aquisi o de dados em experimentos remotos executar simu la es apresentar um ambiente de ensino com recursos multim dia e de realidade virtual permite ao aluno fazer suas pr prias explora es em busca das situa es apresentadas pelo professor Essas abordagens devem ser avaliadas verificando quais devem ser inseridas no processo de ensino aprendizagem e em que momento isso deve ser feito Cabe ao professor avaliar como deve ser feito o uso desses elementos como objetos de ensino 1 2 Objetivos do trabalho Visando a aumentar a motiva o e o interesse dos alunos do curso de Engenharia o principal objeto deste trabalho explorar o potencial l dico do controle Wii Remote do videogame Nintendo Wii 4 Introdu o num ambiente de laborat rio virtual de tal maneira que sejam reduzidas as concep es espont neas equivocadas sobre alguns conceitos b sicos de F sica Prop e se utilizar o controle Wii Remote do videogame Nintendo Wii como hardware de interface com o usu rio de modo que os movimentos realizados pelo usu rio no espa o sejam captados e transformados em comandos para a movimenta o de um apontador 3D denominados cursor 3D no espa o virtual A partir deste cursor que se movimenta de maneira equivalente ao da m o do usu rio poss vel desenvolver experimentos para um laborat rio virtual contendo objetos que possam ser selecionados ou manipulados quando tocados por ele Al m disso o cont
82. ando algum objeto e qual ser sua nova posi o em fun o da m o que controla o Wii Remote Um componente TTimer do Delphi dispara um m todo que faz a amostragem das acelera es do Wii Remote a cada 50 ms Para cada objeto da estrutura de dados que n o possui restri o devido ao atributo UserMove feita a verifica o se o cursor 3D est em seu interior Isso feito verificando se a dist ncia entre o centro do objeto e a posi o do cursor 3D menor do que 80 do tamanho do objeto Em caso positivo a cor do objeto ser modificada totalmente para azul ressaltando que foi selecionado pelo cursor Em seguida verificado se algum objeto j est sendo segurado pelo cursor 3D Caso o usu rio esteja segurando os bot es A e B o objeto que teve a cor alterada no passo anterior mais pr ximo ao cursor ser controlado pela sua posi o Deve se notar que como apenas o objeto mais pr ximo ao cursor selecionado apenas um objeto por vez ser manipulado pelo cursor Esse objeto selecionado ter o seu movimento descrito segundo o algoritmo 1 Al m disso o movimento s ser aplicado s 70 Ambiente de simula es f sicas dire es que n o possuem nenhuma restri o definida pelo professor nos atributos MoveX MoveY e MoveZ Quando o usu rio solta a pin a que faz com os dedos liberando os bot es A e B o movimento do objeto deixa de ser controlado pelo cursor e passa a ser calculado novamente pela bibliotec
83. ara facilitar a visualiza o de algumas grandezas rela cionadas ao movimento de cada objeto Para estudar o movimento dos objetos poss vel ver a trajet ria descrita por um objeto que contenha o valor TRUE no atributo MostraRastroSempre ou MostraRastroSolto No primeiro caso ser desenhada uma linha definida pelas posi es do centro do objeto durante toda a execu o da simula o Na segunda situa o o tra ado somente ser feito ap s o aluno soltar o objeto soltando o bot o B do Wii Remote Se o objeto for novamente controlado pelo cursor 3D o tra ado n o ser mais desenhado at que seja solto novamente As componentes dos vetores velocidade e acelera o bem como suas resultantes tamb m podem ser representadas de acordo com o valor l gico dos atributos Mostra VecV e MostraVecA 5 2 Interface com os professores 63 Caso o objeto esteja girando poss vel visualizar o eixo de rota es se o atributo MostraEixoRot estiver habilitado 5 2 Interface com os professores Para que um professor possa criar editar e salvar as cenas que ser o simuladas pelo aplicativo dos alunos foi desenvolvido um editor de experimentos interativo A figura 5 1 mostra a interface deste editor que cont m todas as funcionalidades para a inclus o de objetos no arquivo deve se notar que existe uma tabela contendo os atributos dos objetos que foram criados os campos para inser o dos dados uma janelas de representa o gr fica
84. aram o controle com resposta h ptica melhoraram o n mero de acertos ap s uti lizar o ambiente Entretanto essa melhora n o representa resultado estatisticamente significativo p valor 0 125 Tabela 5 4 Compara o do desempenho dos usu rios em Q4 Pr e Q4 P s QA Pos Total Errado Certo Q4 Pr Errado 10 4 14 Certo 0 33 33 Total 10 37 47 Fonte O autor Para essa quest o houve uma quantidade de alunos errando acima do padr o observado nas demais quest es mesmo diminuindo de 14 para 10 pessoas que a responderam de forma incorreta N o se 5 5 Verifica o do aprendizado 81 pode afirmar mas o tema relacionado cinem tica da quest o pareceu ser um assunto que os alunos possuem menor dom nio e al m disso durante a aplica o dos question rio pode se notar murm rios entre os alunos sobre d vidas em rela o trajet ria solicitada na quest o Ao analisar todas as quest es dos dois testes observou se que todos os alunos n o pioraram seus resultados O histograma da figura 5 15 mostra a diferen a de acertos do teste P s quando comparado ao Pr indicando que para as situa es de aprendizado por repeti o de tarefas a maioria dos alunos manteve a nota 13 alunos acertaram uma quest o a mais no segundo teste e 4 alunos acertaram duas quest es a mais no teste P s Pode se observar que nenhum aluno diminuiu o n mero de acertos ap s utilizar a ferramenta Figura 5 15 Histograma com a
85. as dimens es 68 Ambiente de simula es f sicas Dim1 Dim2 Dim3 e Dim4 do quadro 5 2 s o armazenadas na estrutura de dados e no momento em que tiverem que ser desenhados pela biblioteca OpenGL ser o evocadas as rotinas apropriadas Entretanto se o tipo do objeto for uma malha triangular ser feita a leitura de fato do arquivo OBJ que cont m o modelo 3D As caracter sticas da geometria do modelo como coordenadas dos v rtices vetores normais e materiais s o transferidas para a mem ria do computador para que no momento da exibi o seja chamada uma rotina que desenha esse tipo de geometria Essa estrutura de dados utilizada para que o aplicativo tenha um gerenciamento dos dados da cena e principalmente forne a subs dios para que a biblioteca OpenGL possa renderizar os objetos de interesse Entretanto os dados tamb m devem ser passados para a biblioteca ODE assim para cada elemento que a estrutura de dados armazena necess rio instanciar um objeto de tipo correspondente ao que foi criado e preencher suas propriedades com os atributos da tabela do banco de dados Al m disso verificado se o atributo TemGravidade est habilitado e em caso positivo defi nido o vetor da acelera o da gravidade para a ODE como sendo 0 0 9 81 caso contr rio ser 0 0 0 5 3 3 Simula o e visualiza o A partir do momento em que a estrutura de dados que cont m todos os objetos carregada um component
86. as e funcionamento cognitivo da compreens o em Matem tica In MACHADO S D A Ed Aprendizagem em Matem tica registros de representa o semi tica Campinas Papirus Editora 2003 p 11 31 FERNANDES S A Um estudo sobre a consist ncia de modelos mentais sobre Mec nica de estudantes de ensino m dio Tese Doutorado Universidade Federal de Minas Gerais 2011 FIOLHAIS C TRINDADE J F sica no computador o computador como uma ferramenta no ensino e na aprendizagem das ci ncias f sicas Revista Brasileira de Ensino de F sica scielo v 25 259 272 09 2003 ISSN 1806 1117 Dispon vel em lt http goo gl zSBzQC gt FRUSTACI T B DOBROFF V C SCALCO Laborat rio virtual de f sica In ICECE 2007 International Conference on Engineering and Computer Education Monguagu s n 2007 758 762 A Representing information in mental models In CONWAY Ed Cognitive models of memory Cambridge MIT Press 1997 p 149 172 REFER NCIAS 93 GOMES E R SILVEIRA A VICCARI Objetos inteligentes de aprendizagem uma abordagem baseada em agentes para objetos de aprendizagem In XV Simp sio Brasileiro de Inform tica na Educa o Manaus s n 2004 p 389 398 Dispon vel em lt http goo gl K5KOSN gt Acesso em 15 jun 2011 HESTENES D WELLS M A mechanics baseline test The Physics Teacher AAPT v 30 n 3 159 166 1992
87. ate 4 Arquivo C Users oswirad Desktop Gerador de Cenas Objetos ncc1701d obj gt lt ROWDATA gt lt DATAPACKET gt
88. ativos desenvolvidos ser o detalhadas neste cap tulo Ser ainda detalhada a metodologia aplicada para investigar os efeitos do uso do aplicativo dos alunos em rela o aos conhecimentos b sicos de F sica dos usu rios mostrando como foram criadas as cenas de tal maneira a serem relacionadas aos assuntos dos question rios de avalia o de co nhecimento aplicados Por fim ser o discutidos os resultados dos question rios desenvolvidos para analisar a proposta do ambiente educacional para simula es f sicas 5 1 Modelagem de dados das cenas O aplicativo que os alunos podem utilizar permite abrir um arquivo contendo uma cena que foi criada pelo aplicativo do professor Assim foi necess rio definir um padr o de arquivo de dados bem como quais seriam as informa es que deveriam ser salvas Foi utilizado o componente ClientDataSet do Delphi como o parser respons vel pela an lise sint tica dos dados que ser o armazenados no padr o XML exemplificado no Anexo E Assim a cria o e manipula o de arquivos de dados fica transparente ao programador que apenas utiliza fun es para inser o e busca dos dados Cada arquivo XML representa uma tabela de banco de dados que armazena todos os atributos de cada um dos objetos da entidade Cena apresentados no quadro 5 1 e detalhados nas subse es a seguir Esses atributos s o convertidos em argumentos das fun es 57 58 Ambiente de simula es f sicas da ODE e OpenGL
89. atributos de um objeto Para excluir um objeto deve se utilizar os bot es de navega o para que a seta que aparece do lado esquerdo da tabela aponte para a linha do objeto que ser exclu do O professor deve clicar no 55 bot o ao lado dos bot es de navega o para eliminar o elemento da cena Caso o professor deseje alterar algum par metro do objeto deve selecion lo alterando a posi o 66 Ambiente de simula es f sicas da seta da tabela de objetos alterar o valor do atributo no mesmo local em que foi definido durante a cria o do objeto e clicar sobre o bot o Edita Objeto Assim o valor ser substitu do no atributo sem que seja criado um novo elemento na cena As edi es dos atributos devem ser salvas utilizando o bot o Salvar Arquivo 5 3 Interface com os alunos O aplicativo para os alunos realizarem as simula es integra os elementos apresentados at este ponto o uso de controle Wii Remote para manipula o de objetos a leitura dos objetos de uma cena armazenado no arquivo XML pelo componente ClientDataSet e o uso da engine F sica para a realiza o das simula es A figura 5 5 mostra a arquitetura das intera es feitas pelo usu rio e entre os objetos Figura 5 5 Arquitetura de intera es do aplicativo dos alunos Posi o e rota o Objeto selecionado le e At OPEN DYNAMICS ENGINE Fonte o autor 5 3 1 Conex o entre o Wii Remote e o computador
90. atrito Esses objetos instanciados ser o os que a engine ODE utilizar para realizar a simula o O atributo TemGravidade armazena um valor l gico que indica se a acelera o da gravidade ser aplicada aos corpos com o valor fixo de 9 81 na dire o Z apontando para baixo ou atribu do o valor zero para todas as componentes O TipoDeColisao um atributo que est relacionado ao coeficiente de restitui o da colis o entre dois corpos permitindo gerar objetos com caracter sticas mais ou menos el sticas Pode armazenar os valores 0 1 ou 2 indicando se as colis es entre os objetos da cena possuem caracter stica inel stica parcialmente el stica ou perfeitamente el stica respectivamente O coeficiente de Atrito tamb m n o est associado ao objeto mas ao contato entre as superf cies de dois corpos Por esse motivo esse valor armazenado igualmente para todos os objetos A cada frame a ODE cria uma lista contendo os pares de pontos que est o em contato Smith 2006 apresenta que cada um desses pontos possui uma propriedade chamada surface que por sua vez possui diversas propriedades relacionadas ao tipo de colis o tipo de material dos corpos e coeficiente de atrito descritos a seguir a surface mode define como ser o processamento dos dados quando ocorrer uma colis o Re cebe o valor da soma l gica das constantes da ODE dCont act Bounce dContact Soft CFM e dContactSoftERP Dessa maneira a colis o dos po
91. atro pontos detectados se forem utilizadas duas WiiBar como localiza o na imagem intensidade e tamanho Vibra o O Wii Remote possui um pequeno motor com uma massa desbalanceada Isso permite gerar uma pequena vibra o no controle Essas vibra es s o utilizadas pelos desenvolvedores dos jogos como um feedback h ptico ao jogador informado que houve algum tipo de colis o do cursor ou do ator manipulado 18 Revis o bibliogr fica udio Al m do feedback h ptico o controle possui um auto falante piezoel trico de 21 mm utilizado para emitir sons por curtos per odos Al m disso possui um modulador ADPCM Adaptive Differen tial Pulse Code Modulation de 4 bits fabricado pela Yamaha que tamb m opera como um PCM de 8 bits mas com uma qualidade de som muito baixa Transmiss o de dados O controle Wii Remote pode estabelecer comunica o com um host seja o console Nintendo Wii ou um computador utilizando o protocolo Bluetooth Para tal foi incorporado um circuito integrado BCM2042 fabricado pela Broadcom desenvolvido especificamente para ser utilizado em dispositivos de interface homem m quina HID como teclados e mice sem fio Atrav s da conex o Bluetooth o controle envia ao host os dados do aceler metro e das coorde nadas dos LEDs bem como o valor medido da carga da bateria Por sua vez o host envia para o controle as instru es de configura o de seus perif ricos como o sistema de vibra o
92. ca o das leis da F sica respectivamente A biblioteca armazena em uma vari vel os pontos que est o em contato com outros pontos e calcula para cada um deles a for a de rea o que deve ser aplicada para evitar que um objeto ocupe o mesmo lugar no espa o que o outro Em seguida a posi o velocidade e rota o de cada um dos objetos atualizada em fun o do seu estado anterior considerando a velocidade que estava no frame anterior e as for as que est o sendo aplicadas inclusive as que foram impostas nos pontos de contato Ap s esses c lculos os pontos de contato encontram se suficientemente distantes de tal maneira que as for as de rea o impostas nesses pontos de contato sejam eliminadas claro que esse deslocamento calculado pode gerar novos pontos de contato em outra regi o desses corpos mas ser o tratados na pr xima itera o Para cada objeto verificado se o professor restringiu algum movimento quando configurou os atributos MoveX MoveY e 7 na cria o da cena e em caso positivo a inst ncia do objeto na ODE recebe o valor anterior ao c lculo na respectiva coordenada de seu centro impedindo o movi mento nessa dire o Nos casos em que o atributo ODEMove foi desabilitado as tr s componentes da posi o do objeto recebem seu valor do frame anterior Processamento das intera es com o cursor 3D Ap s a atualiza o dos objetos pela ODE necess rio verificar se o usu rio est segur
93. ca cl ssica de las part culas y sistemas Barcelona Editorial Revert 1998 653 p MARQUARDT R HID controller fev 2004 Dispon vel em lt http goo gl Y yy6jT gt Acesso em 08 out 2010 94 REFER NCIAS MINIST RIO DA EDUCA O Banco internacional de objetos educacionais 2008 Dispon vel em lt http goo gl J4bSJ gt Acesso em 15 jun 2011 MOREIRA M A al afinal qu es aprendizaje siginificativo Qurriculum revista de teor a investigaci n y pr ctica educativa v 1 n 25 p 29 56 mar 2012 Dispon vel em lt http goo gl gPykVi gt Acesso em 20 nov 2014 NINTENDO Manual de instruc es do Wii configurac es do console S 1 2011 Dispon vel em lt http goo gl e4qFNU gt Acesso em 13 fev 2013 Open Wonderland Open source 3D virtual collaboration toolkit Open Wonderland 2010 Dispon vel em lt http goo gl NPECyB gt Acesso em 01 jan 2015 OPENGL The industry s foundation for high performance graphics 2014 Dispon vel em lt http goo gl IEuKHP gt Acesso em 12 ago 2013 PARIS C Hanami engine 2010 Dispon vel em lt http goo gl Nz7t93 gt Acesso em 09 jan 2015 PIRKER J The virtual TEAL world an interactive and collaborative virtual world Environment for Physics Education Disserta o Mestrado Graz University of Technology 2013 Dispon vel em http goo gl uhnHRS gt Acesso em 30 dez 2014 REHMAN I ULLAH S RABBI I Measuri
94. coefi cientes podem ser relacionados geometria do local de um lan amento bal stico bem como com a intensidade e o ngulo da velocidade inicial de um proj til estabelecendo a convers o entre as representa es alg bricas gr fica e as grandezas f sicas A opera o do tratamento de um registro pode ser exemplificada com experimentos sobre colis es entre corpos em que o aluno pode verificar a rela o de causa manipulando algum objeto e efeito observando os registros matem ticos das velocidades e das dire es do movimento dos corpos ap s uma colis o Durante o desenvolvimento deste projeto os tratamentos de registros foram escolhidos pois o aplicativo pode apresentar situa es de cada um dos registros sempre em sua forma gr fica seja pela representa o de vetores de velocidade e acelera o ou pelo tra ado da trajet ria dos corpos permitindo ao aluno interagir com os objetos durante a simula o 2 1 2 Avalia o do aprendizado Ao desenvolver uma ferramenta educacional torna se necess rio avaliar o quanto ela pode auxi liar os usu rios na corre o das concep es espont neas sobre os conceitos da F sica necess rio realizar uma avalia o diagn stica bem como uma avalia o subsequente aplica o dos testes ve rificando se com o uso do aplicativo houve diminui o desses equ vocos Para o desenvolvimento das avalia es foram analisados dois question rios amplamente explorados por profe
95. corre pode se recorrer teoria dos modelos mentais de Garnham 1997 que mostra como a compreens o se d por um processo construtivo com binando as informa es que o aluno est recebendo com as armazenadas na mem ria Dessa maneira o desenvolvimento do significado que se est aprendendo formado por um processo interpretativo como ilustrado a seguir por Costa e Moreira 2002 7 8 Revis o bibliogr fica a atividade de resolver problemas intr nseca ao processo de ensino aprendizagem podendo inclusive ser concebida como meio e ou fim do mesmo Para come ar consideramos um problema como uma situa o na qual um indiv duo uma vez tendo a reconhecida como tal necessita utilizar processos envolvendo refle x o racioc nio e tomadas de decis es para seguir um caminho na busca de solucion la N o acabamos de sintetizar o processo de aprendizagem Pois aprender n o tomar conhecimento de alguma coisa ret la na mem ria tornar se apto ou capaz de alguma coisa em conseq ncia de estudo observa o experi ncia discernimento Aprender requer uma atitude de confronto com um problema para o qual n o se tem mas busca se a resposta COSTA MOREIRA 2002 David Ausubel prop s o conceito de subsun or que pode ser um pr conhecimento espec fico que um indiv duo possui sobre determinado assunto e que permite dar significado a novos conhecimentos que s o apresentados ou descobertos por observa o
96. das quest es que tratavam da Primeira Lei de Newton 84 Ambiente de simula es f sicas Figura 5 16 Histograma com o ganho percentual de acertos do teste P s em rela o ao Pr A distribui o mostra um n mero equivalente de alunos que aumentaram e diminu ram as notas ap s o uso do ambiente 14 Ha N N mero de alunos 33 21 9 3 15 27 32 Diferen a percentual entre os resultados dos testes Fonte o autor Figura 5 17 Histogramas com o ganhos percentuais de acertos do teste P s em rela o ao Pr separados por categorias das quest es 30 18 25 8 25 2 820 c 5 20 3 3 3 15 5 15 3 o o o 9 10 510 E E E 5 2 25 z 25 0 0 50 0 50 100 40 25 10 5 20 35 50 TE UBL m Diferenca percentual entre Diferenca percentual entre Diferenca percentual entre o resultado dos testes resultado dos testes oresultado dos testes a Gravita o b Primeira Lei de Newton c Cinem tica Fonte o autor 5 5 4 Verifica o da reten o do conhecimento Como o mesmo question rio foi utilizado em momentos diferentes ser utilizada a pontua o to tal entre O e 9 pontos dos question rios P s e Reteste para avalia o da reten o dos conhecimentos ap s uma semana A tabela 5 7 mostra que em m dia h uma queda de 0 4 pontos entre os dois question rios com desvio padr o de aproximadamente 1 ponto A
97. de do tempo da bolinha mais leve A bolinha mais leve demora a metade do tempo da bolinha mais pesada Ambas as bolinhas demoram mais ou menos o mesmo tempo O tempo consideravelmente menor para a bolinha mais pesada mas n o a metade O tempo consideravelmente menor para a bolinha mais leve mas n o a metade A figura mostra um tubo sem atrito na forma de um segmento de c rculo A com centro em O tubo encontra se preso a uma mesa horizontal 1 sem atrito O observador olha a mesa por cima As for as exercidas pelo ar s o insignificantes Uma bolinha disparada a alta velocidade no tubo em 1 e sai em 2 Indique na figura qual trajet ria a bolinha seguir ap s sair do tubo em 2 movendo se sobre a mesa sem atrito Um disco voador desloca se lateralmente no espa o exterior do ponto a para o ponto b como mostrado abaixo O disco voador n o est sujeito a nenhuma for a exterior Chegando na posi o b o motor do disco voador ligado e produz nele uma for a constante em um ngulo perpendicular linha ab Essa for a constante mantida at que o disco voador alcance um ponto c no espa o Depois da posi o c a velocidade do disco voador est constante continuamente aumentando continuamente diminuindo aumentando inicialmente e depois ficando constante constante inicialmente e depois diminuindo Um objeto largado por um avi o em voo
98. derado como parcial mente el stico Como a trajet ria da nave tra ada os alunos podem verificar que o movimento retil neo como esperado na situa o descrita pela quest o Q3 Al m disso o vetor velocidade e suas componentes est o representados permitindo verificar que embora haja movimento a velocidade constante e que nenhuma for a est sendo aplicada nave 76 Ambiente de simula es f sicas Figura 5 12 Cena do caso 5 campo de esferas e nave que pode ser lan ada contra as esferas pelo cursor 3D Fonte o autor 5 4 3 Protocolo de aplica o A aplica o do experimento com os alunos acontece em dois dias distintos sendo que no primeiro dia os alunos realizam as tarefas descritas no roteiro do Anexo B e no segundo dia conduzido um reteste para avaliar o grau de reten o de conhecimentos como mostra o diagrama da figura 5 13 Figura 5 13 Cronograma de aplica o Ap do Alunos utilizam Ap do Question rio Question rio Wii Remote Pr P s 4 quest es Nova aplica o do Intervalo Question rio Reteste no aplicativo de uma 9 quest es 9 quest es 99 Fonte O autor Inicialmente os alunos responderam ao question rio que cont m as quatro quest es e em seguida eram convidados a utilizar o Wii Remote no aplicativo de maneira livre como apresentado na figura 5 14 com intuito de se familiarizar com a manipula
99. destru dos CONSENTIMENTO DA PARTICIPA O Eu li os detalhes descritos neste documento Entendo que eu sou livre para autorizar ou n o a minha participa o no projeto e que posso interromper a participa o dele a qualquer momento Eu concordo que os dados coletados para o estudo sejam usados para o prop sito descrito S o Caetano do Sul de novembro de 2014 Nome por extenso Assinatura 101 102 Anexo D Question rios D 1 Question rio de aceita o 103 Avalia o do controle do cursor com o Wii Remote Fale um pouco sobre voc Sexo Feminino O Masculino Qual a sua idade Qual a sua rea de atua o O Estudante O Profissional da rea de Engenharia O Profissional da rea de Design O Profissional da rea de TI O Profissional de rea de Educa o O Profissional de outra rea Familiaridade com ambientes tridimensionais Indique o seu grau de experi ncia com cada uma das tecnologias indicadas a seguir Nenhuma Pouca Alguma Alta Muito Alta Qual sua familiaridade com o Wii Remote Qual sua familiaridade com dispositivos de intera o 3D Spaceball mouse 3D luva 3D SpaceNavigator etc Qual sua familiaridade com dispositivos de intera o por movimento Kinect Smart TV etc Qual sua familiaridade com jogos 3D Qual sua familiaridade com aplicativos de modelagem de s lidos ou superf cies SolidWorks SolidEdge Cati
100. diferen a entre o n mero de acertos do teste P s em rela o ao Pr indicando que nenhum aluno diminuiu o n mero de acertos ap s utilizar a ferramenta 35 30 25 20 N mero de alunos 0 1 2 Diferen a entre as notas Fonte o autor De maneira geral observou se que muitos usu rios acertaram as quatro quest es o que pode ser um indicativo do grande n mero de pessoas que n o aumentaram a nota entre os testes como mostrado na figura 5 15 E estatisticamente existe uma diferen a significativa na resposta m dia entre as avalia es Pr e P s p valor 0 permitindo verificar que ap s o uso do ambiente para simula es em m dia os usu rios apresentaram um aumento na pontua o de acertos como mostra a tabela 5 5 Relev ncia da Resposta H ptica Para avaliar se a resposta h ptica do Wii Remote contribuiu para os acertos das quest es foram feitas as an lises comparando a pontua o total de acertos das quatro quest es comuns no Pr e no P s Nessa an lise quantitativa apresentada na tabela 5 5 a pontua o m dia do total de acertos valores entre O e 4 comparada entre os dois instantes de avalia o e entre os grupos de controle e 82 Ambiente de simula es f sicas o de usu rios que usaram o Wii Remote com a resposta h ptica habilitada Tabela 5 5 Estat sticas descritivas do total de acertos das quest es Q1 Q2 Q3 e Q4 divididas de acordo com uso da rea o h ptica pa
101. do determinado a partir de um 56 Controle de um cursor 3D via Wii Remote conjunto de respostas subjetivas que os usu rios expressaram sobre a familiaridade com determinados hardwares e softwares e n o por testes de habilidades motoras e de visualiza o espacial Com base nos dados obtidos de que todos os grupos de usu rios conseguirem um bom desempe nho em rela o ao posicionamento dos objetos sobre os alvos um n mero consider vel de pessoas sinalizando que a rea o h ptica auxiliou na percep o de estar segurando um objeto do mundo vir tual e a realimenta o dada que permitiu encontrar um erro na modelagem do movimento do cursor se mostraram primordiais para dar in cio segunda e mais importante fase do projeto o desenvol vimento do ambiente auxiliar para estudos sobre F sica 5 Ambiente de simula es f sicas Uma vez que os usu rios fizeram os testes para validar a proposta do cursor 3D s o apresentados neste cap tulo os aplicativos elaborados para simular um ambiente de laborat rio de F sica virtual um para que o professor crie as cenas e outro que permite ao aluno abrir a cena e repetir virtualmente os experimentos interagindo com os objetos utilizado o Wii Remote A simula o no aplicativo dos alunos poss vel pelo uso de uma biblioteca que aplica as leis da F sica sobre os objetos da cena e calcula as colis es entre esses elementos Essas ferramentas e bibliotecas utilizadas nos aplic
102. do tempo da primeira enquanto que o tempo para produzir a quarta era 80 da segunda e assim por diante Esse valor representa o percentual caracter stico p da curva ANZANELLO FOGLIATTO 2007 A partir dessas observa es Wright prop s um modelo potencial em 1936 que tornou se refer n cia para os outros modelos de curvas de aprendizagem de trabalhadores que realizam tarefas repetidas vezes Este modelo expresso por 2 3 12 sendo o tempo ou custo m dio por unidade a produ o de x unidades A constante o tempo ou custo para a produ o da primeira unidade enquanto que a declividade da curva de aprendizado b representa a taxa de aprendizado m dia de trabalhadores que realizam determinada tarefa repetidas vezes e seu valor pertence ao intervalo 1 0 CHASE AQUILANO JACOBS 2006 Quanto mais distante de zero mais elevado o percentual de aprendizado da tarefa Isso permite determinar a velocidade que os usu rios ter o em aprender a controlar o cursor 3D com o Wii Remote A equa o 3 13 mostra a rela o entre a declividade e o percentual caracter stico da curva 3 3 Curva de Aprendizagem 35 HE ET 3 13 A declividade da curva b e consequentemente o percentual caracter stico p pode ser obtida utili zando t cnicas de regress o n o linear a partir dos dados observados Al m disso para determinar a qualidade do ajuste ser necess rio calcular o coeficiente de d
103. dos alunos pela disci plina na busca da compreens o dos experimentos conceitos interpreta o gr fica mudan a de vari veis levantamento de hip teses e est mulo pesquisa SILVA BAR RETO 2011 Esse tipo de ferramenta n o deve ser considerado como nico mas um complemento pr tica do laborat rio presencial A repetibilidade de experimentos realizados em laborat rio presencial podem ajudar ao processo iterativo de constru o e melhoria dos significados dos conceitos apresentados nas simula es claro que o laborat rio virtual pode contemplar situa es impratic veis nos experi mentos presenciais como por exemplo pela falta de recursos ou equipamentos do laborat rio falta de tempo de aula para realizar mais medi es alterando algum par metro entre outros a anima o interativa possibilite uma experi ncia emp rica concreta nas mi nhas abordagens em sala da aula considero que as anima es interativas sirvam de importante aliado nas aulas de F sica por m acredito que as atividades emp ricas n o podem ser substitu das pelas virtuais e sim que ambas complementam se num espectro cont nuo HOHENFELD PENIDO 2000 O exemplo apresentado na figura 2 6 mostra o ambiente de um laborat rio virtual para o ensino de F sica criado por Frustaci Dobroff e Scalco 2007 que possui uma base e uma rampa de onde uma esfera rola at se chocar com outra esfera na parte de baixo da rampa Os pontos que a
104. e a extremidade superior contendo as respostas 4 e 5 definiram a categoria Muita Com a defini o desses tr s grupos os valores 1 2 e 3 que repre sentam os grupos com Pouca Alguma e Muita respectivamente foram utilizados durante as an lises estat sticas realizadas aos dados obtidos Essa taxonomia das respostas foi aplicada a todas as quest es do formul rio sobre o grau de experi ncia do usu rio com ambientes tridimensionais bem como da familiaridade com o uso do Wii Remote al m da usabilidade do cursor 3D 4 5 1 Perfil demogr fico dos usu rios Foram submetidas aos testes 27 volunt rios sendo 23 homens e 4 mulheres O perfil profissional desses usu rios foi constitu do de 74 1 de estudantes e 25 9 de professores da gradua o do curso de Engenharia A m dia de idade desses usu rios est entre 23 e 24 anos Praticamente metade dos usu rios informou que possuem pouca ou nenhuma familiaridade com o uso do Wii Remote A partir dos fatores F1 F2 F3 e F4 descritos na se o 4 5 o question rio foi elaborado para poder caracterizar os usu rios segundo suas habilidades tanto motoras quanto de visualiza o espacial al m da familiaridade com dispositivos e aplicativos 3D A lista a seguir apresenta quais foram os fatores que foram considerados para a elabora o de cada uma das perguntas a F1 e F2 Qual sua familiaridade com dispositivos de intera o 3D Spaceball mouse 3D
105. e do Delphi denominado Timer habilitado e come ar a repetidamente executar um m todo que respons vel pela realiza o das tarefas que s o necess rias para gerar cada novo frame da simula o Esse m todo tem seus principais passos apresentados no algoritmo 2 e detalhados nas se es a seguir Algoritmo 2 Loop principal para gerar cada frame A ODE atualiza as informa es referente s propriedades f sicas dos objetos da cena Para isso tamb m s o verificadas as colis es entre os corpos para que sejam calculadas as for as de rea o que impedir o que os corpos ocupem o mesmo lugar no espa o feita a leitura das acelera es do Wii Remote e as devidas corre es de referencial para que o movimento seja ajustado ao ponto de vista do usu rio se o cursor estiver sobre algum objeto a sua cor modificada para que o usu rio tenha essa realimenta o e se o usu rio estiver pressionando os bot es A e B enquanto estiver sobre algum objeto destacado no passo anterior a posi o desse objeto passa a ser controlada pelo cursor 3D todos os objetos da cena bem como o cursor s o renderizados pela biblioteca OpenGL 5 3 Interface com os alunos 69 Processamento dos fen menos f sicos Um componente TTimer executa um m todo a cada 50 ms que faz a chamada para as rotinas dSpaceCollide e dWorldQuickStep que fazem a atualiza o da ODE verificando as colis es entre os corpos bem como a apli
106. ele poss vel ver a trajet ria tangencial ap s o ponto em que o objeto foi solto como o esperado na quest o Q2 Cena 2 O objetivo dessa cena permitir ao aluno manipular os objetos para comparar as situa es apre sentadas nesses dois primeiros exemplos com e sem o efeito da gravidade 5 4 Metodologia da aplica o dos testes 73 Novamente quatro esferas foram distribu das pelo espa o mas com a gravidade habilitada Os alunos podem manipular os objetos e verificar as colis es entre os corpos em queda livre O tipo das colis es foi considerado como parcialmente el stico O vetor velocidade e a trajet ria s o exibidos Figura 5 9 Cena do caso 2 esferas com gravidade com representa o gr fica dos respectivos vetores velocidade al m do tra ado das trajet rias Fonte o autor Esse ambiente possui exatamente os mesmos objetos dispostos nas mesmas posi es da primeira cena Embora os componentes sejam os mesmos da cena 1 o fato da gravidade estar habilitada permite que o aluno relacione essa cena com as quest es Q1 e Q4 em que objetos s o lan ados e devem seguir uma trajet ria parab lica at o ch o Cena 3 Esta cena est diretamente relacionada ao proposto na quest o Q1 onde as esferas s o soltas de cima de um pr dio Tr s esferas de di metro id ntico est o posicionadas em uma mesma altura As esferas possuem massa 1 kg mais clara 10 kg e 100 kg mais escura
107. emocional permite que o aprendizado ocorra de maneira significativa como citado por Vygotsky em sua obra Psicologia pedag gica publicada originalmente em 1926 O mestre deve ter sempre a preocupa o de preparar as respectivas potencialidades n o s da mente como tamb m do sentimento N o devemos nos esquecer de atingir o sentimento do aluno quando queremos enraizar alguma coisa na sua mente Di zemos frequentemente Eu me lembro disso por que me impressionou na inf ncia VYGOTSKY 2004 p 195 Assim devem ser ponderados elementos de duas abordagens quanto s estrat gias de ensino a conceitual concentrando esfor os para sanar d vidas referentes aos conceitos alg bricos gr ficos e de interpreta o e modelagem de fen menos f sicos b psicol gica estimulando a motiva o dos alunos pelo interesse ao estudo de tais fen menos seja com diferentes abordagens da pr tica did tica em sala de aula ou fazendo o uso de atividades l dicas 1 2 Objetivos do trabalho 3 Essas atividades l dicas podem ser utilizadas para permitir o alinhamento entre os conceitos cien t ficos que ser o apresentados ao longo do curso com os conceitos espont neos tanto os previamente concretizados pelos alunos que devem ser modificados quanto os que ainda ser o desenvolvidos e naturalmente ser o Entretanto para direcionar os eventuais conceitos espont neos que os alunos desenvolver o necess rio co
108. ente em dois subobjetivos o desenvolvimento de um cursor 3D que pudesse ser movimentado pelo controle de videogame Wii Remote e o seu uso em um ambiente virtual contextualizado para apoio ao ensino de F sica O Wii Remote foi escolhido como interface de entrada de dados para o projeto pois al m de relativamente barato possui recursos que permitem obter a movimenta o da m o do seu usu rio no espa o Outro fator que foi decisivo para a sua escolha ao inv s de outros dispositivos de captura de movimento foi a funcionalidade de permitir gerar uma resposta h ptica ao usu rio para dar a sensa o de toque quando algum objeto fosse selecionado e movimentado no ambiente virtual Para verificar a viabilidade da proposta alguns usu rios realizaram testes e responderam a um question rio que permitiu classific los de acordo com sua familiaridade e experi ncia pr via com o uso de dispositivos 3D Foram elaborados testes que convidavam os usu rios a movimentar alguns objetos at um local assinalado como destino Os resultados mostraram que n o requer conhecimen tos pr vios para realizar a tarefa de sele o e posicionamento com uso de Wii Remote uma vez que o posicionamento dos objetos em seus respectivos alvos apresentam dist ncias m dias pr ximas para os grupos de usu rios mas vale ressaltar que os usu rios com maior grau de experi ncia com tecnologia de intera o ou visualiza o tridimensional realizaram as tarefas em menor tem
109. ente o question rio completo em um Reteste Esses alunos s o 33 homens e 14 mulheres com m dia de idade entre 20 e 21 anos Sendo 44 7 ma triculados na primeira s rie do Ciclo B sico comum a todas as Engenharias e 55 3 matriculados na segunda s rie do curso de Engenharia El trica Os alunos foram divididos em dois grupos sendo que para 27 pessoas a rea o h ptica estava habilitado quando um objeto era movido e para o grupo de controle com 20 pessoas o Wii Remote n o vibrou durante o experimento 5 5 2 Verifica o do aprendizado por repeti o Esta se o apresenta os resultados das an lises realizadas com as quatro quest es do question rio Pr aplicado antes dos alunos utilizarem a ferramenta desenvolvida e as mesmas quest es do ques tion rio P s realizado imediatamente ap s a experimenta o do ambiente de simula es ou seja o que foi realizado no Dia 1 como visto na tabela 5 13 Quando o question rio P s foi confeccionado as quatro quest es do question rio Pr foram dis tribu das em uma nova ordem assim as quest es 1 2 3 e 4 foram alocadas na ordem 2 7 8 e 9 respectivamente De modo a simplificar a correla o das quest es neste texto as quest es ser o identificadas por Q1 Q2 Q3 e Q4 para os dois question rios assim por exemplo o termo Q2 corresponde a quest o 2 realizada antes do experimento e tamb m a quest o 7 respondida no segundo teste Caso seja necess rio diferenciar o m
110. epresentar as componentes vetoriais da velocidade al m de permitir verificar os efeitos da gravidade As quest es dessas categorias foram analisadas e nove foram selecionadas sendo cinco sobre a Primeira Lei de Newton duas sobre Gravita o e duas sobre Cinem tica Foram confeccionados dois question rios o preliminar e o completo No primeiro caso foram escolhidas quatro quest es das nove selecionadas uma sobre Cinem tica uma sobre Gravita o e duas sobre a Primeira Lei de Newton como pode ser visto no Anexo D 2 O segundo question rio que contempla as quatro quest es do question rio preliminar acrescido das outras cinco est dispon vel no Anexo D 3 5 4 2 Ambientes Experimentais Foram criadas cinco cenas para que os alunos fizessem as simula es Os alunos receberam as instru es gerais sobre a manipula o dos objetos utilizando o Wii Remote pressionando o bot o A para mover o cursor e pressionando os bot es A e B para mover os objetos com as cores destaca das pela presen a do cursor sobre eles Al m disso para cada uma das cenas foram apresentadas algumas possibilidades de intera es bem como sugest es de movimentos como lan ar um objeto soltando o bot o B com o cursor em movimento fazendo com que a posi o do objeto passasse a ser controlada pela ODE com a aplica o das leis da F sica e c lculo das rea es por colis o com demais componentes da cena Os arquivos das cinco cenas est o dispo
111. er sua interatividade utilizada nas mais diversas aplica es O cap tulo 3 apresenta uma ferramenta para a elabora o de question rios para coleta de dados bem como as t cnicas de an lise estat stica que foram utilizadas no trabalho ressaltando as ferra mentas de infer ncia para determinar as validade dos resultados Al m disso apresentada uma metodologia para a determina o da curva de aprendizagem de uma tarefa espec fica O cap tulo 4 versa sobre o desenvolvimento do cursor 3D controlado pelo Wii Remote desde o ambiente de programa o e bibliotecas auxiliares utilizados como foram feitas as leituras do sensor de acelera o e a modelagem matem tica do movimento do cursor pelo espa o virtual Al m disso s o apresentados os resultados sob o ponto de vista t cnico avaliando as medi es de deslocamento e ngulos obtidos e esperados O cap tulo fecha com a an lise de uma pesquisa respondida por um grupo de usu rios onde foi analisada a viabilidade e usabilidade do uso do Wii Remote como manipulador de um cursor 3D Em seguida o cap tulo 5 apresenta as caracter sticas dos aplicativos desenvolvidos para os alunos e professor ressaltando a modelagem dos dados armazenados em arquivo a engine f sica e o como o cursor 3D pode ser utilizado Al m dos aspectos t cnicos s o apresentados como foram definidos os question rios para avaliar como a ferramenta pode influenciar no processo de aprendizagem dos alunos sobre o
112. escolher a cor clicando sobre alguma das cores predefinidas do lado esquerdo da janela selecionando um ponto do gradiente de cores com o mouse digitando os valores de matiz satura o e luminosidade Hue Sat e Lum ou digitando os valores referentes s componentes vermelho verde e azul Red Green e Blue Ao clicar sobre o bot o OK a cor selecionada ser apresentada no quadrado da esquerda da figura 5 2 Figura 5 3 Interface para sele o da cor do objeto O usu rio pode selecionar uma cor predefinida escolher visualmente na paleta ou atribuir valores no sistema RGB ou a Hue 160 Re amp o n pe Green 0 ColrSoid Lum 120 Bue 255 Add to Custom Colors a EEEH EENET LELTE EEE Di i ig S EERO p S 3 o EN i Fonte o autor 5 2 Interface com os professores 65 O professor pode alterar a componente da transpar ncia da cor movimentando a barra horizontal da figura 5 2 sendo que totalmente esquerda representa um objeto opaco enquanto que totalmente direita transparente O quadrado da direita mostra uma pr via do efeito Os atributos referentes restri o de movimento e exibi o de elementos auxiliares podem ser definidos pelo clique do mouse sobre cada um dos itens Com todos os atributos devidamente preenchidos o professor pode clicar sobre o bot o Insere Objeto O atributo ID calculado automaticamente indexando cada objeto inserido co
113. esentou uma t cnica para quantificar atitudes sociais de indiv duos que expres saram suas opini es ao responderem question rios sobre temas pol micos da poca LIKERT 1932 p 7 Esses question rios devem possuir perguntas diretas e objetivas As alternativas podem ser tr s no caso de perguntas cuja resposta seguem o padr o Sim ou N o Entretanto comum que sejam utilizadas cinco alternativas que possam contemplar a opini o do indiv duo sobre o assunto nesse caso a alternativa que representa a d vida n o deve ser disponibilizada Considerando o modelo com cinco alternativas a an lise dos resultados consiste em atribuir va lores de 1 a 5 a cada uma das posi es da escala O valor 1 deve ser atribu do ao primeiro item enquanto que o valor 5 para o ltimo item Ap s a atribui o de valores para os itens respondidos a pontua o para cada indiv duo determinada pela m dia dos valores num ricos das posi es assina 25 26 Metodologia para an lise de dados ladas LIKERT 1932 p 25 26 Assim esse valor m dio obtido representa em uma escala de 1 a 5 a tend ncia do indiv duo dentre as op es apresentadas Esse modelo de quest es foi utilizado para verificar a opini o dos usu rios sobre a aceitabilidade e a usabilidade do controle Wii Remote como manipulador do cursor 3D 3 2 T cnicas de An lises Estat sticas Esta se o apresenta alguns conceitos utilizados neste trab
114. etermina o R a partir da lineariza o da equa o 3 12 BURDEN FAIRES 2003 p 429 Dessa maneira deve ser realizado um ajuste linear considerando x In x e y In y ao inv s dos valores x e y das n amostras observadas obtendo a equa o do primeiro grau x sendo que os coeficientes da forma linear e de forma n o linear de grau b se relacionam da seguinte maneira ay In C e b 36 Metodologia para an lise de dados Cap tulo 4 Controle de um cursor 3D via Wii Remote Este cap tulo apresenta o detalhamento t cnico computacional do controle de um ponteiro 3D virtual ou cursor 3D via Wii Remote contemplando a modelagem matem tica utilizada bem como os problemas encontrados e como foram contornados Em seguida apresentado o ambiente que foi utilizado para valida o da proposta com os fatores que foram levantadas para a concep o do projeto e os testes desenvolvidos para verificar a aceita o pelos usu rios Por fim s o apresentados os resultados obtidos ao longo do desenvolvimento dessa fase do pro jeto considerando desde as grandezas que podem ser medidas utilizando os recursos do controle Wii Remote quanto os resultados dos testes de sele o e movimenta o de objetos que permitiram obter as curvas caracter sticas de aprendizado al m da an lise da aceitabilidade da proposta pelos usu rios 4 1 Problemas encontrados A partir de testes preliminares para a
115. gy The Nottingham Trent University Nottingham 2009 Dispon vel em lt http goo gl TXVBdd gt Acesso em 07 out 2010 96 REFER NCIAS VANNONL M STRAULINO S Low cost accelerometers for physics experiments European Journal of Physics v 28 n 5 p 781 787 set 2007 Dispon vel em lt http goo gl qPykVi gt Acesso em 02 out 2010 VENKATESH A SAINI G Interfacing the Wii Remote with a computer to capture real time activity 2007 Dispon vel em http goo gl 3cHQoR gt Acesso em 03 out 2010 VILLANI A PACCA J L de A KISHINAMI I HOSOUME Y Analisando o ensino de f sica contribui es de pesquisas com enfoques diferentes Revista de Ensino de F sica Sociedade Brasileira de F sica v 4 p 23 51 1982 ISSN 1806 1117 Dispon vel em lt http goo gl TeStKG gt VYGOTSKY L S Psicologia pedag gica 2 ed S o Paulo Martins Fontes 2004 545 WIIMOTE PHYSICS Distance measurements with the WiiMote 2010 Dispon vel em lt http goo gl Kysmq gt Acesso em 12 jun 2012 ZYLBERSZTAJN A Concep es espont neas em F sica exemplos em din mica e implica es para o ensino Revista de Ensino de F sica Sociedade Brasileira de F sica v 5 n 2 p 3 16 1983 ISSN 1806 1117 Dispon vel em lt http goo gl YW24Y7 gt Anexo Trabalhos publicados pelo autor SCALCO R FREITAS A G Uso do controle Wii Remote como cursor para manipula o de objetos t
116. he Advancement of Computing in Education AACE 2006 p 2282 2289 Dispon vel em lt http goo gl MK8dxo gt Acesso em 30 dez 2014 BURDEN L FAIRES J An lise num rica S o Paulo Pioneira Thomson Learning 2003 738 p 91 92 REFER NCIAS CESA Tokyo Game Show 2005 set 2005 Dispon vel em lt http goo gl tAqySz gt Acesso em 17 out 2010 CHASE R B AQUILANO J JACOBS R Administra o da produ o e opera es para vantagens competitivas 11 ed S o Paulo McGraw Hill 2006 620 p COHEN J Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences 2nd Edition 2 ed S 1 Routledge 1988 ISBN 0805802835 COSTA S S C d MOREIRA M A O papel da modelagem mental dos enunciados na resolu o de problemas em F sica Revista Brasileira de Ensino de F sica scielo v 24 p 61 74 mar 2002 ISSN 1806 1117 Dispon vel em lt http goo gl GdLvGa gt DIAS d S SAMPAIO I L A TADDEO L d S Fisioterapia x wii a introdu o do l dico no processo de reabilita o de pacientes em tratamento fisioter pico In Proceedings of the VIII Brazilian Symposium on Games and Digital Entertainment Rio de Janeiro Brasil s n 2009 34 37 Dispon vel em lt http goo gl rWGIRo gt Acesso em 11 out 2010 DORIA FILHO U Introdu o bioestatistica Para simples mortais S o Paulo Campus 1999 158 p DUVAL Registros de representa es semi tic
117. i Remote 19 Figura 2 4 Sistema LEMMA sendo utilizado com dois monitores como dispositivo de sa da e uma Data Glove como dispositivo de entrada de dados Fonte BREISINGER et al 2006 p 3 Esses ambientes de ensino podem ser desenvolvidos utilizando a realidade aumentada como mos tra o trabalho de Rehman Ullah e Rabbi 2014 ao apresentarem o Virtual Reality Training System que utiliza a biblioteca ARToolKit Essa biblioteca localiza padr es nos frames capturados por uma c mera que s o figuras simples impressas em preto e branco em cart es que podem ser posicionados livremente A ARToolKit permite criar elementos na cena que ter o o comportamento definido pelos padr es Por exemplo na figura 2 5 existe o cart o que cont m a pe a vermelha e os cart es com as pe as azuis O comportamento da pe a vermelha ser derrubada automaticamente enquanto que as azuis somente ser o movimentadas se acontecer alguma colis o com outra pe a Figura 2 5 Imagem gerada pela composi o do v deo de uma c mera com a sobreposi o de modelos 3D utilizando a biblioteca ARToolKit Fonte PARIS 2010 Os laborat rios virtuais t m sido reconhecidos como importantes aliados no processo de ensino 20 Revis o bibliogr fica de F sica despertando interesse nos alunos experi ncia presencial e os dados obtidos em nossa avalia o indicam que as aulas no Laborat rio Virtual de F sica incrementaram o interesse
118. iferen a significativa na pr tica a diferen a entres os usu rios muito pequena Figura 4 7 Valores m dios delimitados pelos respectivos erros padr o das dist ncias relativas adi mensional entre objetos e respectivos alvos obtidos ao longo dos seis testes e distribu dos segundo o grau de experi ncia dos usu rios 0 200 Dist ncia relativa entre vn 0185 e 0181 objeto e alvo 0162 0 150 Pouca Alguma Muita Experi ncia do usuario Fonte o autor Deve se ressaltar que os usuarios classificados com Muita experi ncia com tecnologias tridi mensionais tiveram o mesmo desempenho motivo pelo qual os limites do erro padr o n o s o exibi dos no gr fico O tamanho do efeito apresentado na se o 3 2 2 para a vari vel dist ncia em rela o aos usu rios com Pouca e Alguma experi ncia moderado d 0 595 Ao considerar todos os usu rios a dis t ncia relativa entre os objetos e respectivos alvos possui valor m dio de 0 176 0 050 e distribui o dada pelo histograma da figura 4 8 Vale observar que 95 dos participantes posicionou o bloco a uma dist ncia relativa inferior a 0 259 lembrando que o alvo sinalizava trocando de cor quando o objeto estava em seu interior para dist ncias relativas abaixo de 0 8 do seu tamanho Isso mostra que mesmo para os usu rios com pior posicionamento o valor est bem abaixo do limite 50 Controle de um cursor 3D via Wii Remote Figura 4 8
119. ilizam como o p ndulo simples A figura 2 8 mostra a estrutura desenvolvida para essa experi ncia bem como a c psula para armazenar o controle Nesse teste ao soltar a c psula foram transmitidas as acelera es medidas bem como a posi o de um LED infravermelho fixo na base da estrutura Figura 2 8 Montagem para realizar a experi ncia de um p ndulo simples utilizando o aceler metro do Wii Remote para coletar dados do experimento Fonte VANNONI STRAULINO 2007 22 Revis o bibliogr fica De maneira an loga Rooney e Somers 2010 utilizam o controle sobre uma mesa girat ria e rela ciona a acelera o centr peta com a dist ncia do controle at o centro de rota o da mesa permitindo aos alunos verificarem graficamente no computador o comportamento das grandezas envolvidas no movimento circular uniforme Outro exemplo a proposta de Tomarken et al 2012 que utilizam a c mera do Wii Remote para fazer a leitura do reflexo de um laser na parede A figura 2 9 mostra a luz do laser passando por um espelho em uma balan a de tor o na montagem do experimento de Cavendish utilizado para medir a constante de gravita o universal G a partir do per odo de oscila o da luz na parede Figura 2 9 Diagrama da montagem do experimento de Cavendish com a c mera do Wii Remote utilizada para ler o movimento da luz refletida sobre a parede Wii Remote LEDs de Calibra o Balan a Lase
120. interligados Figura 2 1 Formas geom tricas dispon veis na ODE esfera paralelep pedo c psula plano e dois exemplos de malhas traingulares modeladas proceduralmente ou com elementos importados de um arquivo criado por um aplicativo gr fico 3D comercial o 02 29 a Esfera b Paralelep pedo c C psula d Plano e Malhas triangulares Fonte o autor 14 Revis o bibliogr fica importante ressaltar que a tonaliza o dos objetos simulados fisicamente n o fica a cargo da biblioteca de F sica Desta maneira a ODE prov apenas os resultados da simula o que podem ser utilizados para a exibi o da cena utilizando qualquer biblioteca gr fica como a OpenGL 2014 Al m dos primitivos b sicos poss vel utilizar uma s rie de articula es dispon veis na engine esf rica dobradi a slider e universal em conjunto ou n o com motores que podem aplicar tor que nestas articula es As articula es tornam poss vel a cria o de objetos mais complexos como estruturas rob ticas carros portas entre outros A cada corpo r gido s o associados v rios par metros que podem variar ao longo do tempo sob o ponto de vista da simula o a vetor posi o x y 2 do ponto de refer ncia do corpo devendo coincidir com a posi o do seu centro de massa b velocidade linear V V V do ponto de refer ncia do corpo c orienta o do corpo representado por uma matriz 3x3 ou um quat rnion Q
121. ios Em m dia h uma discreta diminui o no desempenho porcentual 83 para 81 3 Em termos medianos observa se um leve aumento no desempenho porcentual do Pr para o P s 75 para 78 O tamanho do efeito da compara o entre o desempenho percentual se mostra como pequeno d 0 115 Pelo teste t Student pareado n o existe diferen a estatisticamente significativa p valor 0 514 Essa compara o realizada pelo teste n o param trico de Wilcoxon citado na se o 3 2 3 tamb m n o mostra diferen a significante p valor 0 463 Tabela 5 6 Estat sticas descritivas do percentual total de acertos nos question rios Pr e P s Question rio Estat stica M dia 83 0 Pr Mediana 75 0 Desv Pad 18 9 M dia 81 3 P s Mediana 78 0 Desv Pad 11 0 Fonte o autor A figura 5 16 apresenta o histograma com a distribui o dos ganhos porcentuais obtidos pela diferen a do porcentual da nota do teste P s em rela o ao porcentual da nota do teste Pr Pode se observar pela simetria da distribui o que a quantidade de pessoas que aumentaram ou diminu ram a nota na avalia o s o aproximadamente iguais com uma leve concentra o para o lado positivo A figura 5 17 apresenta os dados representados pela figura 5 16 classificados de acordo com a categoria das quest es Esses histogramas mostram um aumento do n mero de pessoas que pioraram o desempenho sobre Gravita o assim como houve uma leve melhoria nas notas
122. istogramas com o ganhos percentuais de acertos do teste P s em rela o ao Pr separados por categorias das quest es Histograma com a diferen a absoluta entre o n mero de acertos do teste Reteste em rela o ao P s H uma maior concentra o de alunos que diminu ram a nota ap s 8 Stem A ENE P Histograma com a diferen a absoluta entre o n mero de acertos do teste Reteste em rela o P s separados por categorias das xvii 81 84 84 85 86 xviii Lista de Tabelas 4 1 4 2 43 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 Medidas de profundidade do Wii Remote em rela o a WiiBar Medidas da rota o 5 do Wii Remote em Medidas da rota o do Wii Remote em torno Compara o do desempenho dos usuarios em 1_ 1_ Compara o do desempenho dos usu rios em 2_ 2_ Compara o do desempenho dos usu rios em _ 3_ Compara o do desempenho dos usu rios em 4_ 4_ Estat sticas descritivas do total de acertos das quest es Q1 Q2 Q3 e Q4 divididas de acordo com uso da rea o h ptica para os testes aplicados antes e depois dos alunos fazerem as simula es 7 Estat sticas descritivas do percentual total de acertos
123. ivo na situa o do processo de ensino aprendizagem em que fun es cognitivas de an lise devem ser feitas pelos alunos Al m disso tamb m n o se mostrou estatisticamente efetivo com rela o reten o dos conceitos ao longo do tempo Deve se considerar tamb m que o uso desse objeto de aprendizagem foi concebido como elemento auxiliar s aulas tradicionais Entretanto por raz es da disparidade do plano de aulas com a poca de realiza o do experimento com os alunos esse fator n o pode ser inclu do na an lise dos resultados Al m disso n o foi poss vel comparar a efetividade do ambiente de simula o com outras t cnicas de aprendizado devido a falta de um grupo de controle para essa situa o Um refinamento dos resultados poderia ocorrer ao se considerar fatores que n o puderam ser con trolados ao decorrer deste trabalho como um estudo planejado controlando a t cnica de amostragem 90 Conclus es uma vez que nas duas vezes em que houveram a necessidade da participa o de alunos a amostragem foi por conveni ncia uma vez que esses usu rios que participaram do estudo foram volunt rios Al m disso uma sele o de alunos com conhecimentos pr vios equivalentes sobre cada um dos assuntos abordados permitiria minimizar a variabilidade dos resultados Em alguns testes foi observado que a taxonomia da amostra resultou grupos com um n mero reduzido de participantes Por m deve se se ressaltar que com o au
124. ixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 20 Y 10 X 0 ID 6 Nome Objeto7 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 2 Y 5 X 0 ID 7 Nome Objeto8 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 5 X 0 ID 8 Nome Objeto9 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 7 8 Y 5 X 0 ID 9 Nome Objeto10
125. jeto e alvo sobre a linha de refer ncia b Teste 2 mover dois objetos de cores e tamanhos diferentes at os respectivos alvos Todos os elementos est o sobre a linha de refer ncia 4 5 An lise da usabilidade 47 c Teste 3 mover um objeto at o alvo Os dois elementos est o dispostos aleatoriamente na cena d Teste 4 mover dois objetos at os respectivos alvos Todos os elementos est o dispostos aleatori amente na cena e Teste 5 semelhante ao Teste 1 sem a linha vertical f Teste 6 semelhante ao Teste 4 sem a linha vertical Para cada um dos testes foram armazenados a dura o o tamanho dos objetos e as dist ncias en tre seus centros e os centros dos respectivos alvos Ap s a conclus o dos testes o aplicativo apresen tou um formul rio de pesquisa para que o usu rio preenchesse quest es tanto de car ter demogr fico quanto sua experi ncia com aplicativos e dispositivos de entrada de informa o tridimensionais O formul rio pode ser visto no Anexo D 1 As quest es do formul rio foram desenvolvidas a partir do m todo de Likert 1932 considerando uma escala que foi quantificada com valores inteiros entre 1 e 5 Durante a an lise dos resultados es ses valores foram agrupados criando tr s categorias que representam a opini o do usu rio sobre cada quest o Assim os resultados 1 e 2 foram agrupados para gerar a categoria Pouca a alternativa intermedi ria 3 recebeu o nome de Alguma
126. jeto4 RowState 4 gt lt ROWDATA gt lt DATAPACKET gt lt xml version 1 0 standalone true gt lt Cena 3 Tr s esferas gt lt DATAPACKET Version 2 0 gt lt METADATA gt lt FIELDS gt lt FIELD WIDTH 20 fieldtype string attrname Nome gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ID gt lt FIELD fieldtype r8 attrname X gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Z gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Ang gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixo Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SY gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim1 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim2 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim3 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim4 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Massa gt lt FIELD fieldtype r8 attrname R gt lt FIELD fieldtype r8 attrname G gt lt FIELD fieldtype r8 attrname B gt lt FIELD fieldtype r8 attrname A gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UsaCor gt lt FIELD WIDTH 255 fieldtype string attrname Arquivo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UserMove gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveX gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveY gt
127. lgum tempo para se acostumar com a movi menta o dos objetos utilizando o Wii Remote Fa a alguns testes como movimentar os objetos de um lado para o outro para frente e para tr s etc e Quando julgar que possui bom controle dos objetos clique no menu Abrir e escolha o arquivo Exerciciol xml e realize o experimento lembrando das quest es apresentadas no question rio e Repita a opera o para os demais exerc cios que est o na pasta do menu Abrir e Retorne ao seu lugar e responda ao question rio com nove quest es Por favor n o altere o que foi respondido no primeiro question rio e t rmino por favor assine o termo de consentimento do uso dos resultados dos seus questio n rios em pesquisa cient fica lembrando que voc n o ser identificado na an lise e divulga o dos resultados Gostar amos se poss vel que voc retorne em uma semana para a conclus o da pesquisa Obri gado por participar da pesquisa 99 100 Anexo Termo de livre consentimento Voc est sendo consultado sobre a sua participa o como volunt rio em uma pesquisa educacional Pre tendemos verificar quais s o os modelos mentais de estudantes dos cursos a respeito de conceitos relacionados ao conte do de Mec nica e como esses modelos evoluem ao longo do tempo Ser o apresentados question rios com quest es de m ltipla escolha abordando o conte do de Mec nica Se voc concordar em participar da pesquisa podemo
128. lmente por toda a paci ncia em meus longos per odos de aus ncia Agrade o tamb m aos seus orientandos da FEEC que vieram antes de mim e contribu ram em suas pesquisas sobre as intera es do cursor 3D Aos professores Prof Eduardo Alves do Valle Junior que recomendou a metodologia para a avalia o dos conhecimentos de F sica dos alunos e principalmente pela contribui o sobre os m todos esta t sticos empregados e a an lise desses resultados e Prof Octavio Mattasoglio Neto que me auxiliou com a cria o dos question rios e com o planejamento do protocolo de aplica o desses question rios Um especial agradecimento ao amigo Guilherme Wolf Lebr o que um dia me trouxe um controle Wii Remote sem a tampa das pilhas e me disse acho que os meninos quebraram veja se consegue usar para alguma coisa e eu usei Aos amigos Marcelo Marques Gomes e Jorge Kawamura que ajudaram nas revis es deste texto e dos artigos al m de uns bons palpites ao longo dessa jornada amiga Daniela Caio Andr Gomes que assumiu parte das minhas responsabilidades na disciplina para que eu pudesse dedicar mais tempo ao desenvolvimento deste trabalho Ao amigo Daniel Kashiwamura Scheffer pelas longas horas de explica o an lise de dados e revis o de toda a parte estat stica do trabalho Aos alunos que tive a oportunidade de orientar na gradua o e que contribu ram com algumas par tes deste trabalho Thiago Bedin Frustaci e Vladimir Cav
129. lores inteiros sequenciais entretanto caso haja alguma observa o que se repita os postos dessas observa es s o a m dia dos postos definidos para a amostra antecessora e sucessora desses elementos Alguns dos m todos que ser o apresentados nesta se o utilizam o posto das observa es em seus procedimentos Teste t Student Esse teste utilizado para comparar duas amostras cont nuas e com distribui o gaussiana DORIA FILHO 1999 p 91 ou seja o teste param trico A equa o 3 8 mostra o c lculo da estat stica t do teste considerando as m dias de duas amostras 4 e B de mesmo tamanho TA t EP 3 8 O valor da estat stica t calculado deve ser comparado com um valor cr tico tc obtido em uma tabela da distribui o t em fun o do n vel de signific ncia a desejado e dos graus de liberdade n 1 da amostra Caso t lt tc a hip tese Ho n o rejeitada Esse teste ser o mais utilizado para tratar os dados analisados neste projeto desde compara es referentes ao n vel de experi ncia do usu rio at a verifica o do ganho do aprendizado com o uso da ferramenta desenvolvida e testada pelos alunos Teste de Wilcoxon O teste de Wilcoxon utilizado para comparar duas amostras pareadas obtidas em instantes diferentes DORIA FILHO 1999 p 107 utilizado do mesmo modo que o teste t Student entretanto por ser um teste n o param trico n o h necessidade de que os dados possuam
130. lt FIELD fieldtype r8 attrname Ang gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixo Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SY gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim1 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim2 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim3 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim4 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Massa gt lt FIELD fieldtype r8 attrname R gt lt FIELD fieldtype r8 attrname G gt lt FIELD fieldtype r8 attrname B gt lt FIELD fieldtype r8 attrname A gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UsaCor gt lt FIELD WIDTH 255 fieldtype string attrname Arquivo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname UserMove gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveX gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveY gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MoveZ gt lt FIELD fieldtype boolean attrname ODEMove gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ODETipo gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSempre gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraRastroSolto gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecV gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraVecA gt lt FIELD fieldtype boolean attrname MostraEixoRot gt lt FIELD field
131. luva 3D SpaceNavigator etc b F1 F2 e F3 Qual sua familiaridade com dispositivos de intera o por movimento Kinect Smart TV etc 48 Controle de um cursor 3D via Wii Remote c F1 e F3 Qual sua familiaridade com jogos 3D d F1 F2 e F4 Qual sua familiaridade com aplicativos 3D de modelagem de s lidos ou super f cies SolidWorks SolidEdge Catia Rhinoceros Revit etc Para obter o grau de experi ncia do usu rio com o uso de aplicativos e m todos de entrada de informa es que possuem similaridade com a proposta dos testes de movimento de objetos contro lados pelo Wii Remote foi calculada a m dia aritm tica dessas quatro respostas al m do grau de familiaridade com o Wii Remote As subse es a seguir apresentam os resultados obtidos para cada um dos itens analisados com base em compara es m ltiplas entre as m dias dos grupos de usu rios com Pouca Alguma ou Muita experi ncia A compara o entre esses tr s grupos deve ser feita realizando o teste de an lise de vari ncia ANOVA ou o teste de Kruskal Wallis dependendo se a distribui o dos dados segue um comportamento gaussiano ou n o como apresentado na se o 3 2 3 Vale ressaltar que optou se por n o incluir o grupo de usu rios com Muita experi ncia uma vez que s o apenas tr s indiv duos e seus resultados s o praticamente id nticos podendo prejudicar a an lise geral do dados Assim por se considera
132. m um n mero inteiro iniciando em zero e os atributos ser o apresentados sob a forma de tabela abaixo dos bot es de navega o Al m disso o objeto passa a ser visualizado na janela do canto inferior direito e o professor pode usar os controle de mudan a de escala e posi o de c mera para visualizar a cena por outros pontos de vista Esse procedimento deve ser feito para todos os elementos que o professor deseja incluir na cena Ao t rmino deve se clicar sobre o bot o Salvar Arquivo A janela da figura 5 4 ser exibida para que o professor digite o nome do arquivo e escolha a pasta onde ser salvo A extens o do arquivo previamente definida como XML Figura 5 4 Interface para salvar o arquivo da cena e Save As S Save in d Cenas Er Name Date modified Type Exemplo 1 xml 17 11 2014 23 30 XML Doct Exemplo 2 xml 18 11 2014 00 16 XML Doct ay Recent Places Desktop Libraries Computer ta Network 4 File name Nome do arquivo Save Cancel Ld Le Save as type Arquivo de cena xml Fonte o autor Al m da cria o das cenas o professor pode abrir um arquivo criado previamente ao clicar sobre o bot o Abrir Arquivo uma janela semelhante a da figura 5 4 ser exibida para que o arquivo seja aberto A cena aberta ser exibida na janela de visualiza o no canto inferior direito da figura 5 1 e cada linha da tabela ir apresentar os
133. mento do tamanho da amostra m nimas diferen as entre os grupos sendo comparados podem gerar resultados estatisticamente sig nificativos p valor lt 0 05 entretanto deve se avaliar se uma diferen a significativamente conclusiva tem o mesmo valor sob o ponto de vista do ganho no conhecimento na pr tica O ambiente pode ainda ser melhorado sob o ponto de vista da sua interface gr fica permitindo que sejam apresentadas informa es sobre os conceitos te ricos que est o sendo simulados bem como a apresenta o de outras grandezas relacionadas com o experimento como velocidades instant nea m dia e m xima al m de dist ncia percorrida e tempo decorrido do in cio da simula o Al m de uma contribui o tecnol gica para ensino de F sica no curso de gradua o de Engenha ria este trabalho apresentou um resumo sobre diversas t cnicas de an lise estat sticas uma vez foi necess rio realizar um grande n mero de an lises dos resultados obtidos ao longo do desenvolvi mento do projeto Para cada um foram verificadas as caracter sticas dos dados amostrais e escolhidos testes estat sticos adequados para analis los permitindo tecer um panorama geral sobre quais seriam as apropriadas ferramentas para ser utilizadas em cada caso Em algumas situa es os resultados foram confirmados ao se confrontar as an lises em suas vers es param tricas e n o param tricas Refer ncias ABELL N J ARENAS A NUNEZ M J VICTORIA
134. n lise estat sticas para auxiliar os futuros pesquisadores a preparar e a analisar os resultados obtidos por question rios respondidos por volunt rios que realizam testes de novas ferramentas de intera o para aplicativos 3D bem como a avalia o de resultados alcan ados por seus projetos 1 3 Organiza o do trabalho Este trabalho apresenta neste cap tulo 1 a motiva o deste estudo considerando o problema da falta de interesse por parte do corpo discente no estudo de fen menos f sicos Al m disso tamb m foi apresentada uma proposta para o uso do controle Wii Remote como interface de intera o para um ambiente virtual para o ensino de F sica com intuito de desenvolver o interesse dos alunos utilizando 6 Introdu o uma ferramenta l dica presente em seu cotidiano A seguir o cap tulo 2 mostra uma revis o da bibliografia existente sobre metodologias aplica das ao ensino principalmente relacionadas s reas de exatas incluindo uma vis o abrangente sobre objetos de aprendizagem OA Tamb m foram considerados na pesquisa objetos de aprendizado di recionados ao ensino de F sica sob a forma de simuladores bem como bibliotecas dedicadas engines cria o de ambientes tridimensionais com elementos sujeitos s leis da F sica Al m dos elementos voltados diretamente ao ensino de F sica o cap tulo 2 cont m um estudo sobre o controle Wii Remote mostrando como o revolucion rio controle da Nintendo pode t
135. n veis no Anexo E 72 Ambiente de simula es f sicas Cena 1 Esse cen rio permite ao aluno verificar que ap s lan ar algum dos corpos ele manteria uma trajet ria retil nea e com velocidade constante resgatando o subsun or do explorado na categoria Princ pio da In rcia Quatro esferas foram distribu das pelo espa o sem que a gravidade estivesse habilitada Os alunos podem manipular os objetos e verificar as colis es entre os corpos O tipo das colis es foi considerado como parcialmente el stico Apenas o vetor velocidade e suas componentes s o apresentados Figura 5 8 Cena do caso 1 esferas sem gravidade com representa o gr fica dos respectivos vetores velocidade m e Fonte o autor A intera o do aluno com essa cena se d quando o aluno leva o cursor 3D at algum objeto e pressionando os bot es A e B o segura Em seguida pode fazer algum movimento com a m o e ao soltar o bot o B o cursor deixar de controlar a posi o o objeto para que a ODE possa mant lo em movimento retil neo at que colida com outro objeto Esta cena pode ser relacionada com a quest o Q3 do question rio inicial uma vez que o ambiente assim como a nave da quest o n o est o sujeitos gravidade e seu movimento se d ap s as colis es somente pela aplica o do princ pio da in rcia Al m disso quando o aluno lan a algum objeto ap s ter feito um movimento curvil neo com
136. ng the student s success rate using a constraint based multi modal virtual assembly environment In PAOLIS L T D MONGELLI A Ed Augmented and Virtual Reality Springer International Publishing 2014 Lecture Notes in Computer Science 53 64 ISBN 978 3 319 13968 5 Dispon vel em lt http goo gl 4kBcpy gt Acesso em 30 dez 2014 ROONEY SOMERS W Using the wiimote in introductory physics experiments TCNJ Journal of student scholarship v 12 abr 2010 Dispon vel em lt http goo gl mRrIgl gt Acesso em 06 out 2010 SCHEER S Objetos educacionais para Engenharia de Estruturas 2004 Dispon vel em lt http goo gl evCQUO9 gt Acesso em 15 jun 2011 SCHEER S Projeto NuMelOs 2004 Dispon vel em lt http goo gl JMCYSy gt Acesso em 15 jun 2011 REFER NCIAS 95 SCHREIBER M WILAMOWITZ MOELLENDORFF M BRUDER R New interaction concepts by using the wii remote In Proceedings of the 13th International Conference on Human Computer Interaction Part II Novel Interaction Methods and Techniques Berlin Heidelberg Springer Verlag 2009 p 261 270 ISBN 978 3 642 02576 1 Dispon vel em http goo gl OeU9gw Acesso em 01 jan 2015 SHIMAKURA S E Bioestat stica A Curitiba LEG UFPR 2012 Notas de aula Dispon vel em lt http goo gl 106LQw gt SILVA S R X d BARRETO L P Desenvolvimento de um laborat rio virtual para ensino de f sica em cursos de engenharia atra
137. nhecer a forma de pensar dos alunos trabalhar com as concep es espon t neas que trazem e planejar estrat gias para reelabor las pois de import ncia fundamental para que se possam minimizar as dificuldades conceituais apresentadas e assim maximizar o processo de aprendizagem BARBETA YAMAMOTO 2002 Uma poss vel abordagem que permita desenvolver estrat gias com car ter l dico faz uso de tec nologias fundamentadas na inform tica permitindo que novas perspectivas sejam exploradas para facilitar o processo de ensino aprendizagem Fiolhais e Trindade 2003 citam cinco abordagens que podem ser exploradas para a utiliza o de recursos computacionais como estrat gias para o ensino de F sica a aquisi o de dados o professor pode explorar os experimentos com a abordagem cl ssica e confrontar os resultados com os obtidos com o uso de sensores b modelagem e simula o existem aplicativos que permitem realizar simula es e verificar os resultados c multim dia esse conceito pode ser entendido como um conjunto de recursos sejam textos hi pertextos imagens anima es e v deos permitindo ao aluno explorar os recursos de maneira n o linear conforme a sua necessidade d realidade virtual ferramenta de visualiza o imersiva ou n o que permite simular situa es tridimensionais onde o aluno pode interagir com objetos virtuais realizando experi ncias em pri meira pessoa e internet al m de permitir re
138. nte virtual deveria al m de apresentar as simula es com fundamentos f sicos que os alunos pudessem facilmente identificar possuir uma grande parcela de interatividade com os elementos do experimento proposto pelo professor Com rela o ao desenvolvimento t cnico do cursor alguns pontos tiveram que ter um estudo mais aprofundado para poder converter os dados de acelera o recebidos do Wii Remote em movimento do cursor 3D na tela condizente com a expectativa do usu rio Al m disso de fundamental import ncia a realimenta o visual das a es do usu rio para que este pudesse claramente localizar o cursor no espa o e identificar a sua posi o em rela o ao demais objetos da cena Outro fator que deve ser considerado que a avalia o da usabilidade do cursor e do ambiente foram realizados por alunos que voluntariamente participaram do experimento Entretanto nem 1 3 Organiza o do trabalho 5 sempre a amostra representa uma parcela significativa da popula o quando classificados segundo suas habilidades motoras de visualiza o espacial e n vel de conhecimento sobre os assuntos aborda dos no ambiente educacional Dessa maneira n o se pode generalizar os resultados expressos neste trabalho para a popula o em geral mas podem ser obtidos novamente em grupos com caracter sticas demogr ficas equivalentes 1 2 2 Contribui es Podem ser ressaltadas duas principais contribui es sobre o que foi dese
139. ntos de contato considera o coeficiente de restitui o do choque e o coeficiente de elasticidade do material permitindo criar objetos que se deformam momentaneamente durante a colis o b surface mu o coeficiente de atrito do modelo de Coulomb Seu valor definido para todas as superf cies da cena de acordo com o valor do atributo Atrito salvo no arquivo C surface soft cfm representa o coeficiente de elasticidade dos materiais dos corpos No aplicativo foi considerado nulo para impedir que os corpos possu ssem alguma deforma o el s tica durante a colis o d surface soft erp Par metro de corre o de erros das juntas formadas pelos pontos de colis o citadas nas se o 2 2 2 utilizado pela ODE para corrigir eventuais quebras das juntas Como citado na se o 2 2 2 a ODE n o est restrita a nenhum sistema de unidades Por conveni ncia foi adotado o Sistema Internacional de Unidade para definir o valor da acelera o da gravidade como 9 81 m s2 dessa maneira os valores das dimens es armazenados no arquivo da cena s o considerados pertencentes a esse sistema de unidades 5 1 Modelagem de dados das cenas 61 dos pontos de colis o durante o processamento de outros pontos de colis o de tal maneira a impedir que um corpo ocupe o mesmo lugar no espa o que outro Foi considerado o valor 0 5 para essa propriedade e surface bounce o coeficiente de restitui o ou seja a parcela da
140. nvolvido neste projeto A primeira consiste no desenvolvimento de um cursor que pode navegar tridimensionalmente em um ambiente virtual em fun o do movimento que o usu rio faz com o controle Wii Remote Esse cur sor pode ser utilizado em diversos aplicativos onde a intera o 3D necess ria como por exemplo aplicativos para modelagem de s lidos e superf cies ou jogos em primeira ou terceira pessoa Outra contribui o deste trabalho consiste no estudo e desenvolvimento de um ambiente de apren dizado virtual mas como principal diferencial de laborat rios virtuais e simuladores desenvolvidos pela comunidade at ent o a intera o dos alunos se d utilizando o controle Wii Remote com os objetos do ambiente virtual dando significado f sico do mundo real e potencializado pelo fator l dico devido ao fato de que muitos alunos universit rios possuem algum modelo de videogame em seus lares e os utilizam exclusivamente para o lazer e portanto j est o familiarizados sua interface de controle de movimentos Como exemplo pode se citar o PlayStation Move da Sony o Kinect do Microsoft Xbox 360 ou o pr prio Nintendo Wii Remote Desta maneira poss vel expandir tanto a acessibilidade quanto o uso uma vez que n o necess rio possuir o videogame apenas o controle que tem um baixo custo de aquisi o Al m dessas contribui es este trabalho apresenta um pequeno resumo de como e quando utilizar um conjunto de t cnicas de a
141. o desvio padr o s para verificar o quanto de varia o ou dispers o existe em rela o m dia DORIA FILHO 1999 p 32 Anderson Sweeney e Williams 2003 p 91 mostram que o desvio padr o pode ser calculado pela equa o 3 5 3 5 A distribui o mais importante dos valores amostrados a distribui o normal que descrit vel por seus par metros de m dia e desvio padr o A figura 3 1 mostra que os valores que est o a menos de um desvio padr o da m dia representam cerca de 68 3 do conjunto das amostras enquanto a menos de dois desvios padr es corresponde a 95 5 e a tr s desvios cerca de 99 7 28 Metodologia para an lise de dados Figura 3 1 Medidas de posi o e dispers o sobre a distribui o normal M dia 35 Fonte DORIA FILHO 1999 43 Doria Filho 1999 35 mostra que o erro padr o outra medida de variabilidade e define o quanto a m dia pode variar quando feitas as an lises de diversas amostragens Pode ser calculada pela rela o entre o desvio padr o e a raiz quadrada do tamanho da amostra conforme a equa o 3 6 8 n 3 6 Graficamente usual serem representados por barras verticais no gr fico de dispers o de m dias para auxiliar na inspe o visual desse diagrama Assim pode se verificar se a faixa de varia o das m dias s o distintas entre os grupos analisados Deve se ressaltar que o desvio padr o indica a dispers o dos dados em
142. o dos eixos do aceler metro no Wii Remote para o sistema dextr giro Fonte o autor Os ngulos de Euler a e y respectivamente em torno dos eixos 2 x e y podem ser obtidos a partir das informa es da c mera e do aceler metro recebidas pelo controle Esses ngulos s o utilizados para girar a representa o do cursor na tela Quando o usu rio pressiona o bot o A ser definida uma base B a partir de valores recebidos do aceler metro vetor da acelera o no instante em que o bot o A foi pressionado e da c mera Figura 4 4 Vetores que comp em a base sobre a WiiBar Fonte o autor A partir do c lculo dos ngulos de Euler mostrado por Marion 1998 foi utilizada a proje o do vetor resultante sobre os versores que comp em a base B definida pelos versores paralelo WiiBar e no plano da p ortogonal ao plano da TV e g paralelo a acelera o da gravidade apresentados na figura 4 4 Os ngulos podem ser expressos pelas f rmulas da equa o 4 5 42 Controle de um cursor 3D via Wii Remote Lw proj Ly ipu Q arccos arccos qu 4 5 y arccos Iw 0 Lw 1 Bull apros Lu 4 2 4 Trajet ria do cursor Para um determinado frame i no instante t a acelera o obtida a e a medida no frame anterior Gi 1 nO instante t 1 s o utilizadas para calcular os valores da velocidade v e os da
143. oco independente do n mero de testes e do n mero de blocos de cada 4 12 Grau de dificuldade expresso pelos usu rios entre 1 e 5 do movimento do cursor 3D nas dire es horizontal vertical e profundidade classificados de acordo com o n vel de experi ncia dos usu rios 4 13 Grau de dificuldade expresso pelos usu rios entre 1 e 5 na realiza o das tarefas sem bloco mover segurar e posicionar considerando os diferentes graus de experi ncia dos participantes 4 14 Opini o dos usu rios sobre o quanto a rea o h ptica como realimenta o de sele o e movimenta o de objetos pode auxiliar na percep o de estar segurando o objeto Condo tee x QW YE ee E 5 1 Interface do aplicativo do professor para cria o e edi o das cenas 5 2 Interface para defini o da cor do objeto composta pelas componentes vermelho verde e azul bem como a transpar ncia 5 3 Interface para sele o da cor do objeto O usu rio pode selecionar uma cor predefi nida escolher visualmente na paleta ou atribuir valores no sistema RGB ou HSL 5 4 Interface para salvar o arquivo 4 5 5 Arquitetura de intera es do aplicativo dos alunos 5 6 Conectando o Wii Remote com o computador 5 7 Tela inicial do
144. ojetos fossem desenvolvidos como o caso de Schreiber Wilamowitz Moellendorff e Bruder 2009 que complementaram o trabalho do quadro branco melhorando o projeto da caneta com o LED infravermelho e acrescentando a leitura de gestos para abrir menus avan ar o eslaide de uma apresenta o etc que o usu rio pode fazer al m da escrita sobre a imagem http www johnnylee net projects wii 24 Revis o bibliogr fica 3 Metodologia an lise de dados Este cap tulo apresenta as t cnicas que foram utilizadas para a coleta de dados e a an lise dos resultados obtidos no decorrer do projeto relatado neste trabalho Inicialmente ser apresentada uma t cnica para desenvolver quest es que permitam aos respon dentes expressar sua opini o sobre determinado tema mesmo que de maneira subjetiva e quantificar essas respostas para an lise estat stica Al m disso ser o apresentados os principais conceitos e t cnicas de estat stica descritiva e ana l tica que s o utilizados como ferramenta para compara o de grandezas medidas pelo Wii Remote an lise das opini es dos usu rios sobre o que foi proposto neste projeto e a an lise da evolu o que os alunos tiveram sobre os conceitos de F sica que foram explorados nas simula es Por fim s o apresentados os conceitos e o m todo para a determina o da curva de aprendizagem caracter stica de uma tarefa 3 1 Coleta de dados Rensis Likert apr
145. omento em que as quest es foram aplicadas ser utilizado um sufixo por exemplo Q2 Pr ou Q2 P s Sabe se ainda que as quest es pertencem aos seguintes grupos de assuntos 5 5 Verifica o do aprendizado 79 a QI Leis da Gravita o b Q2 Primeira Lei de Newton c Q3 Primeira Lei de Newton d Q4 Cinem tica As an lises estat sticas desta se o foram divididas em duas vertentes a trabalhando com as vari veis de forma qualitativa considerando os resultados das quest es como certo ou errado para analisar a evolu o dos alunos ao utilizarem o ambiente e b analisando os dados de forma quanti tativa utilizando o total de acertos do question rio como uma tentativa para avaliar a efetividade do uso da rea o h ptica do Wii Remote no ambiente de ensino An lise Qualitativa Inicialmente foram comparadas as respostas das quest es Q1 Pr Q2 Pr Q3 Pr e Q4 Pr com seus pares Q1 P s Q2 P s Q3 P s e Q4 P s qualitativamente considerando apenas dois n veis certo ou errado Os resultados das an lises de cada quest o s o apresentados nas tabelas de 5 1 a 5 4 e mostram o n mero de pessoas que acertaram ou erraram a mesma quest o antes e depois de utilizarem o aplicativo desenvolvido no projeto Pode se observar na tabela 5 1 que seis usu rios apresentaram melhora no desempenho na ques t o Q1 Desses volunt rios dois pertencem ao grupo de controle e quatro sentiram a resposta h p tica Essa
146. onado O Wii Remote produz uma vibra o para que o usu rio tenha um feedback h ptico sinalizando que est segurando um objeto no ambiente virtual 4 2 2 Distancia entre o Wii Remote e a tela Com a c mera do Wii Remote poss vel estimar a dist ncia deam entre o controle e a WiiBar A figura 4 2 mostra que a WiiBar possui dois grupos de cinco LEDs em suas extremidades a uma dist ncia d 20 cm Segundo o manual do usu rio do Nintendo Wii recomenda se que o usu rio esteja a uma dist ncia entre 1 e 3 metros da WiiBar Figura 4 2 Wii Remote e WiiBar Fonte o autor Com as informa es da resolu o da imagem dos par metros da c mera e da geometria do sis tema poss vel estimar a distancia deam em metros do Wii Remote at a WiiBar utilizando a equa o 4 4 envolvendo as coordenadas 171 11 2 y2 em pixels dos centros dos LEDs projetados na imagem obtida pela c mera WIIMOTE PHYSICS 2010 0 1 tan 3 508 x 1074 z2 yi v 4 4 deam 4 2 Movimenta o do cursor 41 4 2 3 Angulos de rota o do Wii Remote Verificou se como j discutido que o sistema de coordenadas do aceler metro n o correspon dia ao sistema dextr giro Desta maneira para que as opera es vetoriais habituais pudessem ser realizadas normalmente foi utilizado o valor complementar na dire o y resultando na distribui o apresentada na figura 4 3 Figura 4 3 Corre
147. oncretiza o efetiva ou formal A rvore est virtualmente presente na semente Em termos rigorosamente filos ficos o virtual n o se op e ao real mas ao atual virtualidade e atualidade s o apenas duas maneiras de ser diferentes L VY 1996 p 15 2 Tradu o do autor any entity digital or non digital which can be used re used or referenced during techno logy supported learning 12 Revis o bibliogr fica A tecnologia de objetos de aprendizagem baseia se na hip tese de que poss vel criar pequenos peda os de material instrucional e organiz los de forma a permitir a sua reusabilidade promovendo economia de tempo e de custo na produ o de cursos on line Para ser reutilizado um objeto de aprendizagem precisa ser modular interoper vel e ter a capacidade de ser descoberto GOMES SILVEIRA VICCARI 2004 p 389 V rios esfor os foram e ainda continuam sendo feitos no sentido de se alcan ar estas caracter s ticas Entretanto apesar de todos os esfor os os objetos de aprendizagem ainda carecem de aprimo ramento Gomes Silveira e Viccari 2004 p 390 mostram que o tanto de trabalho necess rio para o uso de um objeto de aprendizagem leva nos a acreditar que necessitamos na verdade de objetos de aprendizagem mais espertos Uma vez que objetos de aprendizagem v m sendo desenvolvidos existe a preocupa o da co munidade em disponibiliz los Desta maneira diversos reposi
148. or m dia O quadro 3 1 apresenta essa classifica o para descrever o tamanho do efeito Quadro 3 1 Classifica o do tamanho do efeito ndice d Tamanho do efeito lt 0 2 pequeno 0 2 lt 4 lt 0 8 moderado d gt 0 8 grande Fonte COHEN 1988 Ao se manter todas as demais vari veis iguais quanto maior o tamanho de efeito calculado maior o fato da principal vari vel do estudo representar uma contribui o para o problema analisado Lindenau e Guimar es 2012 p 376 discutem que o objetivo de informar o tamanho de efeito consiste em auxiliar o leitor sobre um melhor entendimento da import ncia do resultado obtido em uma an lise 3 2 3 Estat stica anal tica Neste trabalho as an lises de usabilidade dos recursos propostos ser o conduzidas por meio de evid ncias fornecidas por amostras de dados e t cnicas de infer ncia estat stica que foram aplicadas As t cnicas utilizadas permitem utilizar a teoria das probabilidades para determinar o risco ao se assumir determinada conclus o ANDERSON SWEENEY WILLIAMS 2003 p 71 Cabe definir o termo p valor como sendo a probabilidade de se encontrar diferen as entre as m dias de diversas amostras quando comparadas isto a chance de por mero acaso dentre todas as amostras sortear justamente as amostras equivalentes DORIA FILHO 1999 p 72 Esse valor est definido no intervalo 0 1 Assim ao se comparar duas ou mais amostras definida uma
149. os desenvolvem concep es espont neas sobre os mais diversos assuntos definidas como no es pr existentes e independentes do ensino formal que os alunos revelam ao serem de alguma forma questionados e que de fato constituem uma estrutura conceitual paralela quela ensinada estrutura muitas vezes capaz de sobreviver ao ensino VILLANT et al 1982 Essas rela es estabelecidas entre conceitos e fatos vivenciados normalmente podem associar conceitos equivocados a determinados fen menos f sicos Zylbersztajn 1983 apresenta exemplos de concep es espont neas relacionados ao conte do de Din mica e Cinem tica desenvolvidas ao longo da vida acad mica de alguns alunos que podem causar confus o quando os conceitos cient ficos s o questionados a for a e velocidade em um lan amento vertical alguns alunos consideram que um corpo n o est sujeito a nenhuma for a no momento em que sua velocidade nula quando o corpo atinge a altura m xima b a o e rea o considerando uma disputa de cabo de guerra alguns alunos sinalizaram que o competidor que estava vencendo aplicava uma a o maior na corda do que a rea o do outro competidor 2 Introdu o c altura e gravidade alguns alunos consideram que as for as atuantes em um corpo que est no alto de uma pista inclinada maior do que as for as aplicadas ao mesmo corpo na parte inferior da rampa considerando que em ambas as situa es
150. osicionar Fonte o autor Para cada uma das a es movimentar o cursor sem o bloco mover o cursor at o bloco mover o cursor segurando o bloco at a posi o do alvo e posicionar o bloco no interior do alvo a dificuldade em realizar essas a es foi comparada pelo teste t Student cujos resultados geraram os respectivos p valores 0 8239 0 060 0 1752 e 0 6377 Pelo padr o da distribui o dos dados foi necess rio realizar o teste de Mann Whitney gerando p valores 0 7167 0 0663 0 1697 e 0 7757 respectivamente con firmando o resultado do teste param trico para as quatro a es n o se pode afirmar que h diferen a estat stica entre os grupos com n veis distintos de experi ncia As barras da figura 4 13 mostram que na pr tica os usu rios com Pouca e Alguma experi ncia possuem uma pequena diferen a nas m dias da dificuldade de cada tarefa no pior dos casos 0 6 ponto em uma escala subjetiva de cinco n veis O c lculo do tamanho do efeito para os grupos com distintos n veis de experi ncia do usu rio para esses quatro tipos de tarefa mostra que h um pequeno efeito d 0 095 da dificuldade em mover o cursor sem o bloco grande efeito em mover o bloco d 0 836 Para as tarefas de segurar e posicionar o bloco o tamanho do efeito da dificuldade em realizar essas tarefas moderado d 0 591 e d 0 201 4 5 5 Rea o h ptica Foi solicitado ao usu rio que expressasse sua opini o com rela o
151. ou experimenta o No processo construtivo da aprendizagem os subsun ores s o utilizados para ancorar os novos conceitos durante o aprendizado MOREIRA 2012 O processo de aprendizado constitu do de ciclos em que o significado dado aos conceitos s o aprimorados gerando novos subsun ores com significados mais elaborados O exemplo a seguir mostra esse processo iterativo durante o aprendizado de novos conceitos de F sica a partir de conceitos previamente conhecidos para um aluno que j conhece a Lei da Conserva o da Energia aplicada ener gia mec nica resolver problemas onde h transforma o de energia potencial em cin tica e vice versa apenas corrobora o conhecimento pr vio dando lhe mais esta bilidade cognitiva e talvez maior clareza Mas se a Primeira Lei da Termodin mica lhe for apresentada n o importa se em uma aula em um livro ou em um moderno aplicativo como a Lei da Conserva o da Energia aplicada a fen menos t rmicos ele ou ela dar significado a essa nova lei na medida em que acionar o subsun or Conserva o da Energia mas este ficar mais rico mais elaborado ter novos sig nificados pois a Conserva o da Energia aplicar se n o s ao campo conceitual da Mec nica mas tamb m ao da Termodin mica MOREIRA 2012 p 31 O problema relacionado s concep es espont neas equivocadas est diretamente ligado m forma o dos subsun ores Al m disso uma dificuldade nesse
152. plicados testes param tricos e para dados que n o possuam esse padr o os testes n o param tricos e se grupos s o pareados ou n o Alguns desses testes foram utilizados neste trabalho e ser o descritos a seguir Figura 3 2 Testes estat sticos para compara es entre grupos Distribui o Distribui o Normal N o Normal Mais que Mais que Dados Dados n o Dados Dados n o Dados Dados n o Dados Dados n o pareados pareados pareados pareados pareados pareados pareados pareados tStudent student ANOVA com anova Wilcoxon Mann Friedman Krusial pareado repeti o Whitne Wallis Fonte o autor combinando os diagramas de Doria Filho 1999 106 p 112 Existem diversos aplicativos pagos e gratuitos que permitem fazer a compara o entre amostras utilizando esses testes Neste trabalho foi utilizado o Action desenvolvido sob a plataforma gratuita R e que pode ser instalado como um suplemento do Microsoft Excel Esses aplicativos ir o aplicar seus procedimentos para calcular os testes cabendo ao pesquisador julgar se os dados satisfazem s condi es do teste escolhido Essas condi es s o discutidas na descri o dos testes a seguir http www portalaction com br 3 2 T cnicas de An lises Estat sticas 31 Posto de uma observa o O posto de uma observa o constitu do do n mero de ordem da observa o com as amostras previamente ordenadas SHIMAKURA 2012 p 101 Normalmente s o va
153. po Esses resultados tamb m foram utilizados para determinar a curva de aprendizado do uso do Wii Remote para seleci onar e movimentar objetos com o cursor 3D mostrando que a cont nua repeti o das tarefas tem o tempo melhorado raz o de 80 ao se dobrar o n mero de repeti es de realiza o da tarefa Esses usu rios tamb m responderam a um question rio sobre o uso do controle Wii Remote como interface para controle de um cursor em aplicativos 3D e os resultados permitiram verificar suas 87 88 Conclus es opini es pontos de melhoria e dificuldades percebidas com a realiza o das tarefas proposta antes de seguir para a pr xima fase do desenvolvimento De maneira geral verificou se a validade dessa proposta uma vez o controle do videogame Nin tendo Wii pode ser utilizado como interface para aplica es tridimensionais e sua resposta h ptica pode auxiliar algumas pessoas que possuem menos familiaridade com aplicativos e dispositivos 3D a terem a sensa o de movimenta o dos objetos no ambiente virtual Com o desenvolvimento t cnico do cursor 3D e seu controle pelo Wii Remote a segunda fase deste trabalho pode ser iniciada o desenvolvimento de uma aplica o educacional mas sem perder o car ter l dico do uso do controle de videogame para auxiliar os alunos com dificuldade em F sica em virtude de conceitos b sicos adquiridos espontaneamente em suas experi ncias de vida mas discrepantes em rela o
154. que ser o utilizadas para simula es f sicas e renderiza o respectivamente Quadro 5 1 Atributos da entidade Cena Atributo Tipo de dado Atributo Tipo de dado ID Integer R Float Nome String 20 G Float X Float B Float Y Float A a Float Z Float UsaCor Boolean Ang Float Massa Float eixoX Float TipoDeColisao Integer eixoY Float Atrito Float eixoZ Float TemGravidade Boolean SX Float ODEMov Boolean SY Float UserMove Boolean SZ Float MoveX Boolean ODETipo Integer MoveY Boolean Diml Float MoveZ Boolean Dim2 Float MostraRastroSempre Boolean Dim3 Float MostraRastroSolto Boolean Dim4 Float MostraVecV Boolean Arquivo String 255 MostraVecA Boolean MostraEixoRot Boolean Fonte O autor Embora os objetos da cena possuam identifica o ID e Nome todos s o desenhados em todos os frames da simula o uma vez que n o houve a necessidade de criar filtros para desenhar somente alguns elementos com determinada caracter stica 5 1 1 Modelagem geom trica Cada objeto da cena tem seu centro definido pelos atributos X Y Z O valor Ang representa o ngulo de rota o em graus do objeto em rela o a um vetor definido por eixoX eixoY eixoZ Al m disso pode se ajustar o fator de escala de maneira n o homot tica pelos fatores SX SY e SZ O atributo ODETipo define qual ser a geometria do objeto De acordo com esse atributo os valores atribu dos aos campos Diml Dim2 Dim3 e Dim4 ter o significado diferente
155. r fica 2 3 Wii Remote Durante a Tokyo Game Show em 2005 a Nintendo apresentou ao p blico seu lan amento para o mercado de entretenimento o videogame Nintendo Wii CESA 2005 O diferencial da Nintendo foi a forma de intera o do usu rio com os jogos Ao inv s de utilizar um joystick convencional somente com bot es direcionais e bot es de a o o design do controle permitiu ao usu rio manipular os atores dos jogos utilizando apenas uma m o uma vez que foi incorporado ao hardware um aceler metro que permite captar os movimentos do controle no espa o 2 3 1 Caracter sticas t cnicas Segue se uma descri o breve das caracter sticas do Wii Remote utilizado neste projeto de pes quisa Bot es de a o Existem bot es digitais que podem ser utilizados para realizar fun es distintas em cada jogo Embora o usu rio possa utilizar o controle com uma ou duas m os dependendo do jogo para esse projeto ser considerado o uso com apenas uma m o fazendo com que o usu rio utilize o dedo polegar para acessar os bot es da parte frontal e o indicador para o bot o da parte posterior A figura 2 2 mostra a vista frontal e posterior do controle O usu rio pode utilizar o dedo polegar para acionar o bot o Power a cruz direcional os bot es Home 1 e 2 e A O acesso ao bot o B atr s do controle feito com o dedo indicador como se acionando um gatilho Figura 2 2 Vistas frontal acima e posterior abai
156. r apenas os indiv duos do grupos Pouca e Alguma as compara es entre esses grupos ser feita pelo teste param trico t Student ou nas situa es a distribui o dos dados n o possui comportamento gaussiano o testes n o param trico de Mann Whitney descrito na se o 3 2 3 Independentemente do teste utilizado eles indicam se o comportamento das respostas desses gru pos de usu rios s o diferentes entre si ou n o de forma que as hip teses estat sticas s o Ho os grupos tem o mesmo comportamento hip tese nula versus H algum grupo apresenta comporta mento distinto dos demais hip tese alternativa Se o p valor obtido pelo teste estat stico for inferior ao n vel de 5 de signific ncia isso indica que existe algum grupo com m dia estatisticamente dife rente dos demais 4 5 2 Desempenho dos usu rios Para medir o desempenho dos usu rios em cada um dos testes foi avaliada a dist ncia m dia relativa entre os objetos e seus respectivos alvos ao final de cada um dos seis testes Outro fator que foi avaliado foi o tempo total para realizar os seis testes O par metro adimensional da dist ncia m dia relativa dist calculada pela m dia da rela o entre o tamanho do objeto pela dist ncia entre os centros do objeto em sua posi o final z 5 Yobj e O respectivo alvo Zalvo Yalvo para cada i dos seis testes como mostra a equa o 4 8 o ed dist gt 6 i 1 V o Em Talvo
157. r de Tor o Fonte TOMARKEN et al 2012 O uso do controle em aplica es de F sica n o se limita instrumenta o em laborat rios A proposta de Tsapanidou 2009 mostra que o Wii Remote pode ser utilizado em conjunto com uma biblioteca de representa o gr fica tridimensional como a OpenGL e uma biblioteca de simula o de fen menos f sicos como a ODE Com o Wii Remote os movimentos da m o do usu rio podem ser obtidos a partir de integra es num ricas das acelera es medidas em tr s dire es por um aceler metro integrado ao controle Al m disso as acelera es podem ser utilizadas em conjunto com os dados da c mera integrada que capta a posi o dos LEDs do acess rio WiiBar para calcular os ngulos de rota o do controle Dessa maneira um editor tridimensional foi desenvolvido permitindo que o usu rio possa interagir com os objetos sujeitos gravidade e as colis es entre os elementos que comp em a cena A proposta apresentada por Venkatesh e Saini 2007 utiliza um ambiente tridimensional para um jogo de t nis de mesa que al m de apresentar os dados graficamente ao usu rio registra esses dados em arquivos para que possam ser analisados visando aplicar o feedback entre o movimento desejado pelo usu rio e o de fato registrado Dessa maneira poss vel melhorar o modelo matem tico da 2 3 Wii Remote 23 interface determinando as caracter sticas de filtros que eliminem eventuais ru dos
158. ra esses problemas possam ser simulados no aplicativo h um problema relacionado escala da for a realizada para mover os objetos virtuais com massa rela tivamente elevada Se fosse considerada a massa do controle Wii Remote a for a obtida em seu 5 4 Metodologia da aplica o dos testes 71 movimento seria pouco percept vel pelos objetos virtuais com 100 kg Entretanto se fosse utili zada a massa do objeto virtual ainda considerando 100 kg a for a que estaria sendo apresentada na simula o seria impratic vel por um ser humano b terceira lei de Newton uma vez que o controle Wii Remote n o possui uma base com force feedback n o poss vel ter um retorno h ptico proporcional for a aplicada ao objeto virtual Al m disso n o poss vel controlar a frequ ncia nem a intensidade do motor de vibra o ou seja aluno teria apenas a no o de ter tocado ou n o algum objeto c princ pio da superposi o relacionado com a representa o visual do problema da escala da for a citada no item da Segunda Lei d tipos de forca as subcategorias Fluido e Contato foram eliminadas em virtude da dificuldade de gerar uma representa o gr fica para grandezas como press o energia e momento As categorias Cinem tica e Primeira Lei de Newton al m da subcategoria Gravita o perten cente categoria Tipos de For a foram escolhidas uma vez que o aplicativo permite tra ar o movi mento dos corpos r
159. ra os testes aplicados antes e depois dos alunos fazerem as simula es Question rio Haptico Estat stica M dia 3 40 N o Mediana 3 50 Desv Pad 0 681 Pr M dia 3 26 Sim Mediana 3 00 Desv Pad 0 813 M dia 3 75 Mediana 4 00 Desv Pad 0 444 P s M dia 3 78 Sim Mediana 4 00 Desv Pad 0 424 Fonte O autor Observa se que h um maior ganho na diferen a entre a m dia das notas do grupo que sentiu o efeito h ptico 0 52 pontos a m dia do grupo de controle 0 35 pontos O mesmo se observa na diferen a entre as medianas cujo aumento no grupo com rea o h ptica foi de 1 0 ponto enquanto que no grupo de controle o aumento foi de 0 5 ponto Entretanto esses aumentos n o se mostraram significativos sob o ponto de vista estatisticamente pois a partir de uma an lise de vari ncia apre sentada na se o 3 2 3 com dois fatores Question rio com dois n veis Pr e P s e H ptico com dois n veis sim e n o verificou se que n o se pode afirmar que o efeito do fator H ptico na vari vel resposta significativo p valor 0 717 O c lculo do tamanho de efeito mostra que h um pequeno efeito da vari vel que representa o fator h ptico d 0 064 quando analisadas as m dias do testes P s dos dois grupos Com base nesses resultados a vari vel que representa a rea o h ptica foi eliminada das an lises seguintes Isso gerou um problema o grupo de controle que era constitu do pelos usu
160. ressaltando que devem ser consideradas a varia o total SQT corresponde dispers o de cada amostra x em rela o m dia total das amostras X b varia o entre grupos STE corresponde dispers o entre os grupos considerando a varia o da m dia X de cada grupo em rela o m dia global X c varia o dentro dos grupos SQD corresponde dispers o de cada amostra x em rela o m dia X seu grupo Quadro 3 2 C lculo da estat stica F da ANOVA Fonte de Soma dos Graus de Quadrado varia o Quadrados Liberdade da m dia k Es SQE Entre grupos SQE Y nj X X k 1 p E ND Dentro dos grupos 500 zi X n k MQD pu j 1i 1 Total SQT zi X n 1 j li l Fonte ANDERSON SWEENEY WILLIAMS 2003 p 391 Assim como no teste t Student o valor obtido deve ser comparado a um valor cr tico Fc que pode ser obtido em uma tabela de distribui o em fun o dos graus de liberdade apresentados quadro 3 2 Caso lt a hip tese Ho n o rejeitada A an lise de vari ncia foi utilizada para comparar diversas vari veis de estudo da movimenta o do cursor 3D a partir das opini es dos usu rios classificados em tr s grupos de acordo com o seu grau de experi ncia com tecnologia 3D Al m disso foi utilizada para avaliar se o desempenho dos volunt rios sobre os t picos de F sica t m influ ncia da respost
161. ri ncia do usu rio Fonte o autor Al m da an lise para a realiza o total foi verificado o tempo necess rio para a realiza o de 4 5 An lise da usabilidade 51 cada um dos testes individualmente O gr fico da figura 4 10 mostra o tempo m dio no sistema se xagesimal representado pelo formato mm ss de cada um dos testes bem como os respectivos limites dos erros padr o por objeto Pode se verificar que o tempo m dio do teste 72 aproximadamente o dobro do teste 7 1 uma vez que o usu rio teria que fazer o dobro de tarefas do primeiro sob as mesmas condi es Entretanto os testes 7 4 e T 6 possuem tempo m dio inferior aos de seus pares com um nico objeto mostrando a evolu o do aprendizado do usu rio ao longo do tempo Figura 4 10 Tempos m dios por bloco para posicionamento de cada um dos seis testes 07 46 A _ O 06 19 06 08 O O z 04 53 f 3 03 26 bes 2230 o O H 02 00 T T T T T T1 T2 T3 T4 T5 T6 Testes realizados Fonte o autor O tempo m dio por bloco de todos os participantes de 2 minutos e 46 segundos com desvio padr o de 1 minuto e 33 segundos Deve se ressaltar que embora o tempo possa parecer alto para que o usu rio fa a uma tarefa que compreende uma s rie de intera es era necess rio levar o cursor 3D at um bloco e em seguida 1 at a posi o do alvo A distribui o desses tempos
162. ridimensionais em ambientes de realidade virtual In IGIP 2011 40th IGIP International Symposium on Engineering Education Santos S o Paulo Brasil p 556 559 mar 2011 SCALCO R WU S T Elementos de um laborat rio virtual de F sica controlados por Wiimote In SIBGRAPT 2012 Conference on Graphics Patterns and Images Ouro Preto Minas Gerais Brasil ago 2012 SCALCO R TAVARES S Localiza o espacial da m o do usu rio utilizando Wii Remote In 4 Semin rio Mau de Inicia o Cient fica S o Caetano do Sul S o Paulo Brasil dez 2012 SCALCO R WU S T Desenvolvimento de um framework para uso do Wiimote como dispositivo de intera es em ambientes tridimensionais aplicado a um laborat rio virtual de F sica In 51 2013 Conference on Graphics Patterns and Images Arequipa Peru ago 2013 SCALCO R WU S T Estudo da aceitabilidade de usu rios sobre o uso do Wiimote como interface de um cursor 3D In INTERTECH 2014 XIII International Conference on Engineering and Technology Education Guimar es Portugal mar 2014 97 98 Anexo Roteiro de aplica o Voc est recebendo dois question rios um termo de consentimento Por favor siga os seguintes passos para a realiza o do experimento e Responda ao question rio contendo quatro quest es e Dirija se ao computador que estiver livre e clique no menu Abrir e Escolha o arquivo Exemplo xml e passe a
163. rmita ao programador introduzir os dados referentes s caracter sticas geom tricas dos objetos bem como sua massa for a aplicada pelo usu rio ou presen a do campo gravitacional Essas bibliotecas denominadas engines f sicas possuem a modelagem dos efeitos das Leis de Newton sobre corpos r gidos Os corpos r gidos s o s lidos ideais de tamanho finito sendo consideradas desprez veis defor ma es em sua estrutura independentemente das for as aplicadas Esses corpos ocupam lugar no 2 2 Ambientes virtuais para o ensino de F sica 13 espa o podem ser deslocados e girados A din mica dos corpos r gidos pode ser modelada por meio de equa es diferenciais que s o resolvidas computacionalmente utilizando m todos num ricos que por serem aproximados introduzem imprecis o e instabilidade nos valores calculados O m todo de solu o num rica de equa es diferenciais mais simples conhecido como m todo de Euler que um m todo de primeira ordem e apresenta menor precis o quando comparado a m todos de ordem superior como por exemplo Runge Kutta de segunda ou quarta ordem BURDEN FAIRES 2003 O m todo de Euler apresenta um erro pequeno quando o intervalo de c lculo e o passo utilizado s o pequenos sendo que esses par metros podem ser definidos nas configura es de diversas engines O c lculo da din mica de corpos r gidos pode tamb m envolver a determina o da colis o e rea o correspondente entre o
164. rmite obter a porcentagem caracter stica da curva p 0 79278 a partir rela o apresentada na equa o 3 13 Desta maneira pode se dizer que a curva de aprendizagem para que um usu rio movimente um bloco at a posi o indicada pelo alvo de aproximadamente 80 4 5 3 Dificuldades em movimentos b sicos Foi solicitado que os usu rios indicassem o grau de dificuldade para realizar movimentos na dire o horizontal vertical ou profundidade em rela o ao usu rio e n o ao sistema de eixos re presentados na tela Ao realizar o teste t Student foram obtidos os valores p valor 0 9490 p valory 0 8722 e p valorp 0 8740 indicando que n o poss vel determinar se a dificuldade para cada uma das dire es possui diferen a significativa entre os diferentes graus de experi ncia dos usu rios Devido ao comportamento dos dados diferente de uma distribui o normal foram realiza dos testes de Mann Whitney e os resultados p valor 20 9493 p valory 0 8434 e p valor p 0 7698 se mostram condizentes com os do teste param trico Foi calculado o tamanho do efeito para as dificuldades expressas pelos usu rios e todos os ca sos mostraram um pequeno efeito dq 0 027 dy 20 149 e dp 0 164 da dificuldade em rela o experi ncia do usu rio Pode se observar no gr fico da figura 4 12 que o grau de dificuldade nos movimentos horizon tais e verticais praticamente o mesmo para todos os usu rios respectivamente 2 904 0 094 e
165. rolador possui um motor para gerar pequenas vibra es que podem dar ao usu rio a sensa o de que o cursor realmente tocou algum objeto do mundo virtual proporcionando uma interface h ptica A avalia o da efetividade dessa proposta para o rompimento do ciclo vicioso dificuldade desin teresse mais dificuldade nos laborat rios de F sica se d ao criar um ambiente gr fico tridimensio nal que permita a professores e alunos interagirem com objetos que possuem propriedades f sicas simulando experimentos realizados num laborat rio Por se tratar de uma aplica o gr fica os prin cipais fen menos abordados est o relacionados s reas da Din mica e Cinem tica O ambiente pode apresentar ao usu rio Os principais conceitos cient ficos utilizando modelos gr ficos mostrando as principais diferen as entre for as e velocidades associadas aos objetos que comp em o experimento 1 2 1 Problemas Ao se desenvolver um objeto de aprendizagem deve se levar em conta n o somente os aspectos t cnicos da implementa o mas principalmente como o processo cognitivo pode ser facilitado com o uso da ferramenta Assim houve a necessidade de realizar uma pesquisa sobre como as informa es referentes Matem tica e F sica s o relacionadas pelos alunos Foi considerado que se o aluno tiver uma parcela ativa nas simula es do ambiente o ganho em conhecimento poderia ser mais significativo do ponto de vista de aprendizagem Assim o ambie
166. s assuntos simulados no aplicativo feita uma an lise dos resultados dos question rios para verificar o aprendizado obtido bem como a reten o dos assuntos observada em um question rio aplicado uma semana ap s o uso da ferramenta Por fim o cap tulo 6 apresenta as conclus es sobre o estudo o desenvolvimento e a aplica o da metodologia apresentada bem como sugest es para trabalhos futuros Cap tulo 2 Revis o bibliogr fica Este cap tulo apresenta uma pesquisa junto bibliografia considerando trabalhos tomados como base para o desenvolvimento do projeto tanto sob o ponto de vista da an lise das capacidades do hardware Wii Remote quanto a an lise dos aspectos pedag gicos que fundamentam as bases te ri cas sobre o processo de ensino aprendizagem necess rios para o desenvolvimento de um ambiente tem tico envolvendo o uso do cursor 3D desenvolvido 2 1 Aspectos educacionais Nesta se o ser o apresentados alguns problemas que os alunos possuem em relacionar mental mente um elemento ou situa o com a modelagem do problema f sico Para auxiliar os alunos a fazerem a correla o entre essas representa es podem ser utilizados objetos de aprendizagem sob a forma de aplicativos que permitam aos alunos verificar rela es de causa intera o com objetos e efeito simulados por um engine f sico 2 1 1 Representa es e manipula es de modelos mentais Para compreender como o processo de aprendizado o
167. s da biblioteca s o descritas a seguir a a massa a posi o do centro de massa e a matriz de momento de in rcia do objeto podem ser modificadas 2 2 Ambientes virtuais para o ensino de F sica 15 b a biblioteca n o est restrita ao uso de nenhuma unidade f sica ou seja os resultados obtidos s o condizentes com as unidades estipuladas pelos dados de entrada do modelo e seus par metros definidos pelo usu rio c a rea o colis o detectada entre objetos distintos compostos por malhas triangulares que repre sentam superf cies c ncavas ainda n o suportada de forma est vel na vers o 0 8 14 utilizada neste trabalho d a biblioteca recomenda que toda a intera o com a cena simulada seja realizada a partir da uti liza o de for as aplicadas nos objetos A modifica o direta de par metros como posi o e orienta o dos objetos resulta em instabilidade e falhas no c mputo dos movimentos dos objetos 2 2 3 Aplicativos de aprendizagem com uso de tecnologia digital Um problema que existe quanto ao uso de objetos de aprendizagem consiste no fato de que os professores que desejam utilizar algo espec fico de uma determinada rea normalmente n o possuem habilidades para desenvolver esses aplicativos O mesmo acontece no sentido oposto o profissional respons vel pelo desenvolvimento do aplicativo pode at conhecer as estruturas classes e fun es de bibliotecas espec ficas como por exemplo a O
168. s esferas tocam a base s o destacados em verde e o aluno pode fazer as medi es para comparar com os resultados do mesmo experimento realizado em aula presencial Figura 2 6 Simula o do experimento sobre colis es bidimensionais em um laborat rio virtual de F sica Fonte FRUSTACI DOBROFF SCALCO 2007 p 42 O trabalho de Pirker 2013 utiliza como ambiente de desenvolvimento o Open Wonderland 2010 que d ao usu rio uma experi ncia visual de um jogo em que o aluno controla um avatar 2 3 Wii Remote 21 por um mundo virtual Esse mundo virtual pode conter pain is para a apresenta o das teorias v deos e sites al m de permitir ao usu rio interagir com elementos tridimensionais A figura 2 7 mostra uma sala criada para o ensino da Lei de Faraday Figura 2 7 Ambiente de ensino desenvolvido na plataforma Open Wonderland com pain is que tra zem informa es sobre a Lei de Faraday al m da representa o 3D de um experimento Fonte PIRKER 2013 p 70 com tradu o do autor Desde o lan amento do Nintendo Wii para jogos em 2006 o seu controlador Wii Remote tem chamado aten o pelos tipos de intera es que ele proporciona Com um aceler metro e uma c mera provida de filtro de sinais infra vermelhos embutidos o Wii Remote tem sido aplicado como um instrumento de medi o em diversos experimentos relacionados F sica ABELL N et al 2013 Vannoni e Straulino 2007 o ut
169. s lhe garantir que a em nossas an lises adotaremos procedimentos para voc n o seja identificado a b seu professor n o utilizar os resultados de nossa an lise para avaliar o seu desempenho c ao divulgarmos os resultados do estudo utilizaremos procedimentos que impe am sua identifica o d voc ter inteira liberdade de se retirar da pesquisa a qualquer momento que desejar e os dados constantes da ficha de identifica o ser o utilizados apenas para relacionar ao resultado do questio n rio os dados referentes ao seu contexto f os dados constantes da ficha de identifica o ser o absolutamente confidenciais garantindo assim total anonimato g nao existe qualquer risco pessoal na participa o da pesquisa Voc n o ter nenhum benef cio direto pela sua participa o ao responder s quest es que lhe ser o apre sentadas Os benef cios ser o teis para a investiga o da aprendizagem de F sica no curso universit rio Caso n o queira participar da pesquisa isso n o acarretar em nenhum tipo de puni o Os conhecimentos resul tantes desta pesquisa ser o divulgados em revistas especializadas em congressos e simp sios sobre pesquisas educacionais e em uma disserta o de Mestrado Al m disso os dados coletados far o parte de um banco de dados que ficar sob a guarda dos pesquisadores do projeto por pelo menos 10 anos e poder o ser utilizados em futuras pesquisas Depois desse prazo os dados ser o
170. s objetos considerados s lidos no mesmo sistema Nesse caso s o adicionadas restri es de n o penetra o entre os corpos que eventualmente venham a colidir Essas restri es s o criadas por meio de for as calculadas e aplicadas nos pontos de contato entre os corpos A Open Dynamics Engine ODE desenvolvida por Smith 2006 uma biblioteca de alto de sempenho capaz de simular a din mica de corpos r gidos em tempo real Possui um sistema de detec o de colis o integrado conhecido como OPCODE Optimized Collision Detection que ou tra biblioteca especializada no c lculo de detec o de colis o desenvolvida por Terdiman 2003 Como a biblioteca ODE foi desenvolvida para ser utilizada em simula es em tempo real ou apli cativos que permitam a intera o com o usu rio foi dada prioridade para algoritmos temporalmente eficientes por m relativamente est veis em termos de c lculos Para garantir maior desempenho de c lculo em situa es nas quais muitos corpos r gidos estiverem interagindo existem algumas simpli fica es nos algoritmos que podem gerar resultados com menor precis o do ponto de vista f sico A figura 2 1 mostra os primitivos suportados nativamente pela biblioteca como esfera paralele p pedo c psula e plano Al m disso possui uma estrutura conhecida como malha traingular triangle mesh que permite utilizar representa es de quaisquer objetos complexos utilizando um conjunto de tri ngulos
171. sa 1000 Dim1 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixo Y 0 eixoX 0 Ang 0 Z 13 Y 4 5 X 3 ID 6 Nome Bolinha Pesada RowState 4 gt lt ROW TemGravidade TRUE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre TRUE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY FALSE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE 0 0 G 128 R 0 Massa 10 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 13 Y 4 5 X 3 ID 7 Nome Bolinha Leve RowState 4 gt lt ROWDATA gt lt DATAPACKET gt lt xml version 1 0 standalone true gt lt Cena 5 Nave gt lt DATAPACKET Version 2 0 gt lt METADATA gt lt FIELDS gt lt FIELD WIDTH 20 fieldtype string attrname Nome gt lt FIELD fieldtype i4 attrname ID gt lt FIELD fieldtype r8 attrname X gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Z gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Ang gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixo Y gt lt FIELD fieldtype r8 attrname eixoZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SX gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SY gt lt FIELD fieldtype r8 attrname SZ gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim1 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim2 gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Dim3
172. sadores verificarem se seus alunos conseguem compreender bem os conceitos envolvidos em cada um dos problemas Al m disso o teste consegue ressaltar qual foi o conceito equivocado que o aluno possui sobre determinado assunto uma vez que o invent rio tamb m apresenta quais s o os prov veis conceitos f sicos que um aluno relacionou com a alternativa incorreta 2 2 Ambientes virtuais para o ensino de F sica 11 Os testes FCI se complementam permitindo delimitar perfil do alunos sobre entendi mento da maioria dos conceitos newtonianos b sicos Entretanto para delimitar as quest es utilizadas para avaliar o aluno antes e depois de utilizar o aplicativo proposto neste trabalho optou se pelo FCI em virtude de sua proposta de quest es menos formais sem a necessidade de c lculos e idealizadas para resposta com base na experi ncia do aluno permitindo observar indiretamente os eventuais erros conceituais gerados por conceitos espont neos que o aluno traz consigo 2 2 Ambientes virtuais para o ensino de F sica Podem se utilizar objetos de aprendizagem sob a forma de aplicativos computacionais para apre sentar de maneira significativa aos alunos como os objetos podem ter seus registros f sicos e matem ticos transformados seja por opera es de tratamentos ou convers es Para a implementa o de um aplicativo que realize simula es dos fen menos f sicos em um ambiente virtual computadorizado necess
173. sco que desliza com velocidade constante vo em linha reta do ponto a para o ponto b em uma superf cie horizontal sem atrito As for as exercidas pelo ar s o insignificantes e o observador olha o disco de cima Quando o disco alcan a o ponto b ainda com velocidade constante vo recebe um chute horizontal no sentido da seta mais grossa Se o disco estivesse em repouso em b ap s o chute seguiria no sentido do chute com uma velocidade 1 MN l psi R Pal e B D EY X d e vod 1 t 4 A velocidade do disco imediatamente ap s receber o chute A Igual velocidade inicial vo que ele possu a antes de receber o chute B Igual velocidade v1 que resulta do chute e independente da velocidade vo C Igual soma aritm tica das velocidades vo e vi Menor do que ambas as velocidades vo ou v1 E Maior do que ambas as velocidades vo ou v1 mas menor que a soma aritm tica delas 5 Ao longo do caminho sem atrito que voc escolheu na quest o 3 a velocidade do disco depois de ele ter recebido o chute A constante B Aumenta continuamente C Diminui continuamente D Aumenta durante algum tempo e diminui depois disso E E constante durante algum tempo e aumenta depois disso 6 Duas bolinhas de a o de mesmo tamanho mas uma pesa dobro da outra rolam de mesa horizontal com
174. ss o 3 3 Dessa maneira esse coeficiente est sendo utilizado como um par metro de avalia o que indica se as grandezas dist ncia e ngulos que foram medidas s o diretamente proporcionais aos valores medidos por instrumentos de medi o 4 4 1 Dist ncia entre o Wii Remote e a WiiBar Para a estimativa da dist ncia entre o Wii Remote e a WiiBar profundidade de c mera foram realizadas medi es com o controle e comparadas com o valor medido com uma trena A partir dos resultados apresentados na tabela 4 1 ao se fazer o ajuste linear dos dados obtidos em rela o aos valores reais da dist ncia obteve se coeficiente de determina o R 0 9988 indicando que os valores medidos possuem forte correla o linear com os valores te ricos Tabela 4 1 Medidas de profundidade do Wii Remote em rela o a WiiBar Dist ncia m Valor obtido m 0 30 0 325 0 60 0 659 0 90 0 981 1 20 1 267 Fonte O autor 4 5 An lise da usabilidade 45 4 4 2 Angulos de rota o do Wii Remote Al m da profundidade foram obtidos os valores dos ngulos para a rota o em rela o ao eixo x ou seja o ngulo p que s o apresentados na tabela 4 2 O ajuste linear desses valores obtidos permitiram obter o coeficiente de determina o R 0 9953 confirmando que os valores medidos com os recursos do Wii Remote s o muito pr ximos aos esperados Tabela 4 2 Medidas da rota o 5 do Wii Remote em torno do eixo Angulo
175. sso a diminui o esperada pois a maioria das pessoas mantiveram o conhecimento que relataram no teste P s e de fato n o se espera que os alunos melhorem o desempenho depois de uma semana Pode se observar na figura 5 19 que dentro de cada categoria h equival ncia entre o n mero de pessoas que aumentaram ou diminu ram suas pontua es ap s uma semana 86 Ambiente de simula es f sicas Figura 5 19 Histograma com a diferen a absoluta entre o n mero de acertos do teste Reteste em rela o ao P s separados por categorias das quest es 30 _ 18 29 DM 20 014 c 3204 31 154 o 010 5 15 m 10 n ES 10 E 6 E 5 3 4 4 Es 5 2 20 0 0 2 41 0 1 2 e 0 1 JL eu Ae TJ A Diferenca do n mero de Diferen a do n mero de Diferenca do n mero de acertos entre os testes acertos entre os testes acertos entre os testes a Gravita o b Primeira Lei de Newton c Cinem tica Fonte o autor 5 5 5 Considera es sobre os resultados A partir dos resultados da avalia o das quest es comuns aos question rios Pr e P s pode se observar que o ambiente atende ao primeiro quesito apresentado na se o 5 5 Assim o seu uso pode ser intensificado nos momentos em que se faz uso do aprendizado pela repeti o de tarefas variando alguns par metros entre uma simula o e outra mas mantendo o foco no que est sendo apresentado
176. ssores do en sino m dio e universit rio SILVAL SILVA MANSOR 2009 descritos a seguir para a confec o do question rio respondido pelos alunos Mechanics Baseline Test O Mechanics Baseline Test MBT um question rio desenvolvido por Hestenes e Wells 1992 com intuito de avaliar qualitativamente a compreens o de conceitos fundamentais da Mec nica a partir de quest es que versam sobre conceitos introdut rios de F sica O teste possui 26 quest es sendo que algumas exigem que o aluno realize alguns c lculos para resolver os problemas apresentados 10 Revis o bibliogr fica Force Concept Inventory Hestenes Wells e Swackhamer 1992 desenvolveram o teste Force Concept Inventory FCI para avaliar alunos que n o possuam formalismo sobre Mec nica mas que utilizem seu senso comum e experi ncia pessoal como subs dios para responderem ao question rio Ao contr rio do MBT o FCI n o possui quest es que exijam que o aluno realize c lculos matem ticos Os autores classificaram as 29 quest es em seis categorias e as distribu ram de maneira aleat ria no question rio e n o agrupadas por assunto Em cada assunto foram relacionados os conceitos corre tos e os que os alunos acreditam que sejam corretos em fun o da constru o espont nea equivocada do conhecimento que tiveram em suas experi ncias A rela o a seguir mostra como os conceitos equivocados s o explorados nas quest es a cinem tica ques
177. sual O cursor 3D representado graficamente por um pequeno paralelep pedo na cor amarela que se move quando o usu rio pressiona o bot o A do Wii Remote Para auxiliar o usu rio a localiz lo no ambiente s o tra adas as linhas de um paralelep pedo auxiliar com um v rtice na origem e outro diagonalmente oposto no centro do paralelep pedo que representa o cursor como pode ser visto na figura 4 5 Essas linhas vermelhas em conjunto com a grade representada no plano z 0 permitem ao usu rio ter uma refer ncia de origem e de deslocamento no plano horizontal Figura 4 5 Representa o do cursor 3D como um bloco amarelo e linhas vermelhas para auxiliar o usu rio com a navega o do cursor 3D Fonte o autor 4 3 Bibliotecas auxiliares Nesta se o ser o apresentadas as principais bibliotecas utilizadas para o desenvolvimento do cursor 3D manipulado pelo Wii Remote O aplicativo foi codificado no ambiente de desenvolvimento Embacadero Delphi utilizando a linguagem Object Pascal Al m da familiaridade com a linguagem essa escolha tamb m pode ser justificada pelas funcionalidades dispon veis de bibliotecas gratuitas que permitem a a gera o manipula o e representa o gr fica do cursor e dos demais elementos que comp em a cena utilizando a biblioteca OpenGL b a comunica o entre o aplicativo e o controle Wii Remote utilizando o protocolo Bluetooth O componente utilizado para a comunica o entre o
178. t es que verificam se os alunos percebem a diferen a entre os conceitos de posi o velocidade e acelera o b primeira lei de Newton quest es sobre a in rcia dos corpos que podem levar erroneamente ao antigo conceito de impetus ou seja a ideia de que existe uma for a que movimenta os objetos com velocidade constante c segunda lei de Newton as alternativas tratam de uma for a ativa exercida somente pelo agente ativo e n o pelo corpo passivo do sistema d terceira lei de Newton equ vocos sobre corpos com maior massa que aplicam maior for a no sistema e princ pio da superposi o trata de quest es em que as for as s o aplicadas aos corpos e que podem levar o aluno a acreditar que a ltima for a aplicada determinar o movimento do corpo f tipos de for a cont m quest es relacionadas ao movimento de corpos influenciados por outros fatores pertencentes s subcategorias Contato s lido Contato fluido e Gravita o abrangendo os efeitos do atrito resist ncia do ar e gravidade Pode se notar que a abordagem das alternativas das quest es est o alinhadas com a concep es espont neas equivocadas apresentadas no trabalho de Zylbersztajn 1983 citadas no cap tulo 1 deste trabalho O trabalho de Hestenes Wells e Swackhamer 1992 v m sendo utilizado ao longo dos anos por diversos educadores da rea de F sica como mostram Silval Silva e Mansor 2009 e Fernandes 2011 permitindo aos pesqui
179. t rios foram criados com o intuito de compartilhar e melhorar a qualidade desses aplicativos Dentre esses reposit rios destaca se o por tal Banco Internacional de Objetos Educacionais MINIST RIO DA EDUCA O 2008 que contempla objetos voltados ao aux lio da aprendizagem desde a educa o infantil at o ensino universit rio cria o e o gerenciamento de um sistema de apoio ao ensino e aprendizagem de conceitos ma tem ticos para o curso de engenharia com o aux lio do computador propicia uma an lise da integra o entre educa o matem tica inform tica e o ensino de engenharia A partir dos conceitos de objetos educacionais foram constru dos reposit rios de objetos de aprendizagem voltados especialmente para o ensino de engenharia Dentre esses reposit rios pode ser citado o NuMeLOs Numerical Methods Learning Objects SCHEER 2004b que um reposit rio de objetos educacionais na forma de applets voltados para conte do espec fico da Matem tica e que utiliza m todos num ricos para solucionar problemas de engenharia Pode se citar tamb m o OE3 Objetos Educacionais para Engenharia de Estruturas SCHEER 20044 que um reposit rio de objetos educacionais desenvolvidos especifica mente para a engenharia de estruturas 2 2 2 Engines de F sica Para o desenvolvimento de aplicativos que simulem as leis da F sica aplicadas aos objetos de um ambiente virtual pode se utilizar alguma biblioteca computacional que pe
180. tes esta se o apresentar os resultados desses tr s testes comparando os dois a dois de maneira a poder se analisar tr s pontos considerados importantes para esse estudo a aprendizado pela repeti o s o comparados os resultados das quatro quest es comuns aos tes tes Pr e P s uma vez que al m de serem um par metro constante nas duas avalia es est o diretamente relacionadas s situa es de exemplo que os alunos puderam simular durante o expe rimento 78 Ambiente de simula es f sicas b aprendizado para novas situa es uma nova an lise feita com os testes Pr e P s por m verificando a totalidade das suas quest es de tal maneira a avaliar se os alunos conseguiram avaliar as novas situa es propostas e estender os conceitos vistos no aplicativo Al m disso s o apresentados os ganhos para cada uma das categorias das quest es citadas na se o 5 4 1 presentes nos testes c reten o de conhecimento foram comparados os resultados dos testes P s e Reteste para ve rificar se o ambiente virtual permitiu que os conceitos simulados fossem registrados de maneira efetiva mesmo uma semana ap s o experimento 5 5 1 Perfil demogr fico dos alunos Foram submetidas aos testes 49 pessoas das quais somente 47 ser o consideradas membros do universo amostral pois participaram de todas as atividades da etapa question rio Pr uso do ambi ente desenvolvido question rio completo P s e novam
181. tivos gr ficos 3D Os fatores F1 e F2 s o habilidades que todas as pessoas possuem em grau mais ou menos desenvolvido Os fatores F3 e F4 envolvem uma combina o das habilidades F1 e F2 que foram desenvolvidas em um ambiente software e hardware semelhante ao dos testes Antes de iniciar os testes foi dado ao usu rio um per odo de familiariza o com o dispositivo podendo mover o cursor 3D livremente pela cena al m de poder mover um cubo Figura 4 6 Ambiente de teste contendo dois objetos preenchidos de cores e tamanhos diferentes bem como as linhas que indicam os respectivos alvos com tamanho e cores correspondentes Fonte o autor Em alguns testes o usu rio deveria fazer o movimento de um objeto sobre uma linha de refer ncia linhas mais espessas no plano z 0 O usu rio poderia indicar se destro ou canhoto alterando a linha de refer ncia para que o usu rio possa movimentar o bra o de maneira semelhante a um compasso Em todos os casos a posi o do objeto em rela o ao alvo era definida aleatoriamente mas limitadas a tr s fatores todos os elementos estavam vis veis ou seja acima do plano z 0 os elementos poderiam estar dispostos em um plano vertical sobre a linha de refer ncia e a dist ncia inicial entre os objetos e respectivos alvos era a mesma entretanto sua disposi o era aleat ria Foram elaborados seis testes descritos a seguir a Teste 1 mover um objeto at o alvo Ob
182. tra o c lculo da estat stica MW ME aa itd 2 3 10 Esse valor MW deve ser comparado com o ponto de corte da curva gaussiana Z descrito pela equa o 3 11 Caso MW lt Z a hip tese Ho n o rejeitada _ ny ni n2 1 DIN a e 3 11 nona na no 1 12 Esse teste ser aplicado em diversas an lises realizadas nas respostas das opini es dos usu rios que experimentaram a ferramenta e expressaram suas opini es sobre o grau de dificuldade das tarefas realizadas An lise de vari ncia A an lise de vari ncia ANOVA utilizada para comparar uma vari vel quantitativa entre tr s ou mais grupos ANDERSON SWEENEY WILLIAMS 2003 p 383 Isso evita ter que realizar v rios testes t Student para cada par de amostras DORIA FILHO 1999 p 119 Anderson Sweeney e Williams 2003 p 384 mostram que esse teste deve ser aplicado nas situa es em que a as amostras s o aleat rias e independentes b as popula es t m distribui o normal teste param trico c as vari ncias populacionais s o iguais 3 2 T cnicas de An lises Estat sticas 33 Ser considerado que k grupos que ser o comparados cada qual com m4 n ny amostras sendo que suas m dias s o X1 X Xp respectivamente Assim existem n amostras ao total identificadas por x amostra i do grupo 7 A m dia de todas as n amostras representada por X O quadro 3 2 mostra como calcular F da ANOVA
183. transmitidos com os dados Considerando as informa es obtidas do movimento com seis graus de liberdade da m o do usu rio associado a facilidade da transmiss o de dados e ao baixo custo da ordem de US 20 00 a US 30 00 surgiram diversos outros usos para o controle desde a cria o de jogos bidimensionais para computador at a simula o de ambientes para controle da fisioterapia em reabilita o DIAS SAM PAIO TADDEO 2009 Projetos como um quadro branco digital foram propostos fazendo o uso da c mera infravermelha do Wii Remote para captar os movimentos que o usu rio faz com um LED colocado na ponta de uma caneta que emite frequ ncias compat veis s captadas pelo sensor como se estivesse escrevendo so bre a proje o Uma vez que a posi o do LED captada a informa o enviada para o computador utilizando a transmiss o Bluetooth que sobrep e o desenho feito proje o original LEE 2008 Na figura 2 10 quando acionado o LED infravermelho posicionado na m o do palestrante a c mera infravermelha do controle determina a posi o do LED e a transmite para o computador Os aceler metros n o s o utilizados pois o controle est apoiado sobre uma mesa n o vis vel na imagem Figura 2 10 Quadro branco digital usando a c mera do Wii Remote para coletar a posi o de uma caneta com LED infravermelho Fonte LEE 2008 p 43 O site de projetos de Lee possibilitou que muitos outros pr
184. type i4 attrname TipoDeColisao gt lt FIELD fieldtype r8 attrname Atrito gt lt FIELD fieldtype boolean attrname TemGravidade gt lt FIELDS gt lt PARAMS CHANGE LOG 104204304404 gt lt METADATA gt lt ROWDATA gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre TRUE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 255 R 255 Massa 1 Dim1 4 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 0 X 0 ID 0 Nome Objeto1 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre TRUE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE MoveY TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 94 B 0 G 0 R 255 Massa 1 Dim1 4 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 5 Y 0 X 10 ID 1 Nome Objeto2 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV TRUE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre TRUE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ TRUE Move Y TRUE MoveX TRUE UserMove TRUE UsaCor TRUE A 123 B 0 G 128 R 0 Massa 1 Dim1 4 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY
185. u o LJ Motiva o ss dod dee dope dope wok Be E Rd Ra ESE A 1 2 Objenvos do trabalho 3 ues center ee Gees SE X SS KD EE Se Al s Problemas 33 9 ave eg RT AE ege ae Rie dee S e Se RS PRS 1 2 2 Cont DHCOSS 2 oum hof psc So RR En pe cee ee eee eee Pr proe Rr 1 3 Organiza o do trabalho Revis o bibliogr fica 2 1 Aspectos educacionais 2 1 1 Representa es e manipula es de modelos mentais 2 1 2 Avalia o do aprendizado 2 2 Ambientes virtuais o 2 2 1 Objetos de Aprendizagem 2 22 Engines de FISICA cx secs aora bn a Oe SMS Sl E 2 2 3 Aplicativos de aprendizagem com uso de tecnologia digital 2 9 WitRemote x sue do qus O dnas re Oe e t qoe 2 3 1 Caracteristicas 1 v Sem cw S te S R At RP Ies 2 3 2 Trabalhos correlatos Metodologia para an lise de dados Sal Coletadedados sem tena amie ee f ee ex EX kn deos ee des 3 2 T cnicas de Analises Sem Regress o linear 23 2 Res e cts et ce ee ien 3 2 2 Estatistica desc EIL Vals cs eruat eiat e oot DIRAS ICT Ue CRI RS Ren cd e 0 3 2 3
186. v s de physlets In Anais do XXXIX Congresso Brasileiro de Educa o em Engenharia Blumenau SC s n 2011 p 1 10 Dispon vel em lt http goo gl 2VFR7h gt SILVAL da SILVA S E MANSOR O uso do invent rio dos conceitos de for a para an lise das concep es de mec nica newtoniana de alunos de licenciatura em f sica In SBF Simp sio Nacional de Ensino de Fisica S 1 2009 p 1 10 SMITH Open Dynamics Engine 2006 Dispon vel em lt http goo gl BvSCFK gt Acesso em 09 jan 2012 SQUIRE K BARNETT M GRANT J M HIGGINBOTHAM T Electromagnetism supercharged Learning physics with digital simulation games In Proceedings of the 6th International Conference on Learning Sciences International Society of the Learning Sciences 2004 ICLS 04 p 513 520 Dispon vel em lt http goo gl piLV3T gt Acesso em 30 dez 2014 TERDIMAN P OPCODE Optimized Collision Detection 2003 Dispon vel em http goo gl 9Y Xhcv Acesso em 09 jan 2012 TOMARKEN S L SIMONS D R HELMS R W JOHNS W E SCHRIVER K E WEBSTER M 5 Motion tracking in undergraduate physics laboratories with the wii remote American Journal of Physics v 80 n 4 p 351 354 2012 Dispon vel em http goo gl 354BGD gt Acesso em 01 jan 2015 TSAPANIDOU A A Virtual room scene with the Wii Remote Motion Plus Disserta o Mestrado School of Science and Technolo
187. ve TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 7 8 Y 0 X 0 ID 16 Nome Objeto17 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 11 Y 0 X 0 ID 17 Nome Objeto18 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ 1 SY 1 SX 1 eixoZ 0 eixoY 0 eixoX 0 Ang 0 Z 14 Y 0 X 0 ID 18 Nome Objeto19 RowState 4 gt lt ROW TemGravidade FALSE Atrito 0 5 TipoDeColisao 1 MostraEixoRot FALSE MostraVecA FALSE MostraVecV FALSE MostraRastroSolto FALSE MostraRastroSempre FALSE ODETipo 0 ODEMove TRUE MoveZ FALSE MoveY TRUE MoveX FALSE UserMove FALSE UsaCor TRUE A 0 B 255 G 174 R 174 Massa 100 Diml 1 SZ
188. veloping an environment which simulates a Classical Mechanics virtual laboratory using an interactive three dimensional interface similar to video games The Wii Remote control was chosen for the inter face to motion tracking object because it is relatively cheap and allows to get the user hand spatial movements The developed virtual environment represents a learning object to help students with difficulties in Physics keeping the playful nature of the video game control usage As a result of the usability tests performed by a 27 volunteers group the Wii Remote has proved to be appropriate for a 3D cursor controller The teacher can create scenes which reproduce the experiments conducted in the laboratory and also introduce variations in some parameters so that students can interact with a wider range of situations For the physical simulation and the scene rendering have been implemented with use of the ODE engine and the OpenGL API respectively Tests with the volunteers were applied before and after using the virtual environment and the results show that the environment can be used in a complementary way to the traditional class especially in situations where learning happens by repeating tasks Keywords Virtual Reality Physics Computer aided teaching Physics laboratory Video games Nintendo Graphical user interfaces Computer system vii Sum rio Lista de Figuras Lista de Tabelas Lista de S mbolos 1 2 3 Introd
189. xo do Wii Remote mnm 1c AER 38 A T Fonte o autor 2 3 Wii Remote 17 Aceler metro Sob o ponto de vista t cnico o controle dotado de um aceler metro ADXL330 fabricado pela Analog Devices 2007 que permite medir acelera es entre 3g e 3g sendo g o valor da acelera o da gravidade em tr s dire es ortogonais como mostrado na figura 2 3 Figura 2 3 Representa o das dire es das componentes da acelera o medidas pelo aceler metro e enviadas ao programa Deve se notar que a base representadas pelos eixos corresponde ao sistema lev giro Fonte o autor C mera infravermelha O controle ainda possui uma c mera monocrom tica com resolu o de 128x96 pixels com pro cessamento interno permite analisar conjuntos de 8x8 subpixels resultando em uma imagem de 1024x768 pontos de resolu o O campo de vis o horizontal de 41 e o vertical 31 H um filtro que permite que apenas os comprimentos de luz no espectro infravermelho emitida pelos conjuntos de LEDs infravermelhos da WiiBar seja captada pela c mera A WiiBar normal mente disposta sobre a televis o e possui dois grupos com cinco LEDs infravermelhos cujos centros dos grupos se distanciam 20 cm Desta maneira poss vel obter a rota o do controle em rela o ao eixo da profundidade da c mera Embora a imagem captada possua 1024x768 elementos somente s o transmitidas as informa es referentes aos qu

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