Robô professor ensina geometria a adolescentes

Pesquisas realizadas na USP, em São Carlos, mostram como a tecnologia pode tornar as aulas de matemática mais atrativas

Por: Henrique Fontes/ICMC/USP - 15/09/2016 09h15

Entrar em uma sala de aula e ser recebido por um robô humanoide que ensina geometria. Como será que adolescentes reagem a esse novo professor e a suas diferentes formas de ensinar? Esse é o foco de diversas pesquisas que estão sendo realizadas no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos.

Entre os trabalhos relacionados ao tema está um projeto de mestrado que utilizou o Robô NAO para ensinar geometria a 62 adolescentes entre 13 e 14 anos de escolas públicas e particulares de São Carlos. Por meio de um sistema de visão computacional, o robô foi programado para reconhecer figuras geométricas planas. Com a ajuda de professores da área de educação e de matemática, o pesquisador Adam Moreira propôs diversas atividades aos alunos. Os estudantes foram desafiados, por exemplo, a descobrir o nome de uma figura geométrica a partir de dicas fornecidas pelo robô. No caso do retângulo, o professor robô dava as seguintes pistas: "qual destas figuras geométricas na sua frente tem quatro lados? A fórmula da área da figura que eu procuro é base vezes altura. A fórmula do perímetro dessa figura é duas vezes a soma de sua base vezes a altura".

Em caso de acerto da resposta, o NAO abria os braços para o alto e piscava as luzes LED de seus olhos em sinal de felicidade. Mas se o jovem errasse, o robô abaixava a cabeça e ficava com os olhos vermelhos. Adam, que hoje é doutorando do ICMC, explica que as reações do robô foram programadas com o objetivo de torná-lo mais humano, o que facilita a criação de uma relação de empatia com os jovens.

Em outra atividade, os estudantes seguravam em suas mãos a imagem de um gato feito com peças de tangram e deveriam adivinhar a quantidade de triângulos da figura. O aluno digitava a resposta no teclado que estava ligado ao robô e, em caso de erro, o NAO poderia dar até duas dicas, tais como "O triângulo é uma figura com três lados, você consegue encontrá-los agora?" ou "As orelhas do gato são formadas por triângulos." Novamente, em caso de acerto, o NAO ficava feliz, mas, se o aluno persistisse no erro, o humanoide se entristecia.

No final das atividades, Adam aplicou um questionário sobre figuras geométricas aos jovens e os estudantes que participaram das aulas com o NAO tiveram um desempenho melhor (84.61% de acertos) em relação aos que não tiveram contato com o robô (60% de acertos). "Os pesquisadores da área da educação estão buscando novas ferramentas de ensino com a inserção de tecnologia em sala de aula. Hoje em dia, nota-se que a simples exposição de conteúdo na lousa não atrai toda a atenção dos alunos e a robótica pode tornar a aula mais atrativa", afirma Roseli Romero, professora do ICMC e orientadora do trabalho.

Roseli conta que a robótica educacional é muito bem recebida pelos jovens e aceita por todas as classes sociais. Os cenários em que essa área de pesquisa pode ser aplicada são diversos: "Nós optamos por trabalhar conceitos matemáticos utilizando os robôs, mas é possível programá-lo para ensinar física, geografia ou português". Segundo a docente, em breve, o Centro de Robótica de São Carlos (CROB) oferecerá um curso de difusão sobre o tema para a preparação de professores. Ela ressalta, ainda, que a inclusão do robô em sala de aula não visa substituir o professor, e sim propor novas alternativas de trabalho.

Dupla personalidade

Outra pesquisa que se destaca é a de Daniel Tozadore, que também foi orientado por Roseli. Ele programou o NAO para reconhecer figuras geométricas em 3D e receber as respostas dos alunos por meio de voz. Os adolescentes escolhidos para participar do trabalho tinham entre 10 e 14 anos e eram do Projeto Pequeno Cidadão, um programa pós-escola desenvolvido pela USP com aulas de reforço, artes e atividades esportivas para estudantes da rede pública.

Daniel dividiu os jovens em dois grupos a fim de comparar o comportamento e o rendimento dos estudantes. Em uma das turmas, o pesquisador programou o robô para ser mais simpático: "Quando as crianças chegavam, o NAO se levantava, acenava com as mãos e, depois de cumprimentá-las, perguntava pelo nome da criança. Ele também fazia movimentos como coçar a cabeça enquanto reconhecia a figura geométrica e um "toca-aqui", quando o aluno acertava a resposta. Em caso de erro, o robô alterava o LED de seus olhos para vermelho e baixava a cabeça".

Já com a outra turma, o NAO era mais seco e pouco interagia com os jovens. Ele ficava sentado em suas próprias pernas e dava apenas boas vindas aos alunos, sem nenhum tipo de movimento, fazendo somente o reconhecimento das figuras. "Quando comparados, os alunos que tiveram contato com o robô mais interativo se sentiram mais motivados a estudar para as próximas sessões, além de demonstrarem uma maior capacidade de concentração e assimilação do conteúdo", explica o atual doutorando do ICMC.

Para classificar a interação dos grupos de estudantes com o robô, o pesquisador aplicou o método Continuous Audience Response, que é utilizado na área de marketing. A técnica permite, por exemplo, transformar em números as reações do ser humano a algum estímulo. Todas as sessões de atividades com os alunos foram gravadas e, posteriormente, cinco vídeos de cada turma passaram pela análise de uma comissão de 11 estudantes das áreas de psicologia e matemática, que atribuíram notas a essas dinâmicas.

"O maior desafio da pesquisa foi sua interdisciplinaridade. Empregar os principais métodos das áreas de pedagogia e tecnologia, que iniciaram sua fusão recentemente, exige domínio e controle em ambas os campos. É essencial que especialistas de cada área estejam sempre presentes", conta Daniel. O pesquisador revela, ainda, que todos os estudantes alegaram ser indispensável a presença de um professor humano em sala de aula.

A professora Roseli diz que o grande diferencial dos trabalhos de Adam e Daniel é o uso de um robô humanoide: "Enquanto a maioria das pesquisas vem sendo desenvolvidas com kits robóticos, eles utilizaram o NAO, que possui recursos muito mais ricos, como a capacidade de fala, reconhecimento de imagens e de fazer gestos, ou seja, a interação social é muito maior".

Segundo Adam, os experimentos apresentaram resultados promissores, mas são necessários mais testes para se obter uma conclusão definitiva a respeito do uso do robô em sala de aula. Em relação ao trabalho de Daniel, o pesquisador afirma que outras técnicas para o reconhecimento mais rápido de voz devem ser testadas e comparadas, além de novos parâmetros para classificação de imagens. A busca por robôs financeiramente mais acessíveis também é um desafio. O doutorando destaca, ainda, que estes projetos chamaram a atenção de alunos da graduação do ICMC: "Hoje temos uma equipe com cerca de oito alunos de iniciação científica bastante motivados, e queremos expandir esta pesquisa para alunos de outros cursos relacionados, como a psicologia e pedagogia".

Para o futuro da robótica educacional, Roseli vislumbra uma grande revolução no ensino. Ela acredita que, à medida que esses robôs forem se tornando cada vez mais sociáveis e inteligentes, teremos grandes mudanças: "Hoje em dia, a maioria dos professores prepara suas aulas utilizando computadores, então, por que não pensar, no futuro, em prepará-las utilizando robôs?".