A natureza humana é fascinante. Do ponto de vista educacional, o movimento humano nasce a partir de relações baseadas em compromisso. Entretanto, o compromisso educacional tem raízes em instituições dotadas de uma rigidez estrutural significativa em seus valores e práticas. Talvez essas raízes sejam parte da explicação quanto à falibilidade elevada destas instituições face às novas formas de se pensar o permanente fluxo humano. Este fluxo, por natureza indomável, atualmente se encontra potencializado pela adoção de artefatos digitais que dão às pessoas múltiplas possibilidades de individuação. Talvez seja um erro persistir na reprodução de modelos educacionais inflexíveis, onde não haja a possibilidade de exercício da liberdade intencional. Nesta tese, buscamos identificar possíveis relações intencionais latentes que regem os compromissos educacionais porventura existentes nos processos de ensino e aprendizagem baseados em e-Learning. Concebemos princípios de Trajetórias Conceituais de Aprendizagem Intencionais (TCAIs), através das quais se torna possível registrar ações e inferir graus de Intencionalidade Pedagógica Docente (IPD) e Intencionalidade de Aprendizagem Discente (IAD). Um Indicador do Grau de Intencionalidade (IGI) e outro, denominado Indicador do Grau de Convergência Discente (IGCD) foram propostos. Através da conjunção de ambos se torna possível avaliar o grau de proximidade entre a IPD e a IAD, estas que são inerentemente subjacentes às estruturas das Trajetória Conceitual de Aprendizagem (TCA) produzidas durante os processos de ensino e de aprendizagem. O IGI mensura o viés intencional de uma Trajetória Conceitual de Aprendizagem, enquanto o IGCD permite avaliar o grau de compromisso normativo do discente em relação à proposta educacional em fluxo. / Human nature is fascinating. We are endowed with intentional capabilities that keep us in constant flux, leaving behind us evident traces of our passage. From an educational point of view, the human movement comes from commitment-based relationships. However, the educational commitment is rooted in institutions with significant structural rigidities in its values and practices. Maybe these roots could be a part of the explanation for the high unreliability of these institutions faced with new ways of thinking about the permanent human flow. This flow, of untamed nature, is currently enhanced by the adoption of digital artifacts that give people multiple possibilities of individuation. It may be an error persist in those inflexible educational models, where there is no the possibility of exercising the intentional freedom. In this thesis, we seek to identify potential latent intentional relationships governing educational commitments that would may exist in the processes of teaching and learning based on e-Learning. We design principles for Intentional Conceptual Learning trajectories (ICLTs), through which it becomes possible to record actions and infer degrees of Teacher’s Pedagogical Intentionality (TPI) and Student's Learning Intentionality (SLI). An Intentionality Degree Indicator (IDI) and the other, called the Student’s Convergence Level Indicator (SCLI) was proposed. Through the conjunction of both is possible assess the degree of proximity between the TPI and the SLI, these that are inherently underpinning to ICLTs structures produced during the learning and teaching processes. The IDI measures the intentionality bias from Conceptual Learning trajectories, while SCLI allows evaluating normative commitment degree of the students for the educational proposal in flux.

This study identified variations in the learning trajectories of Tier II students when learning equivalent fraction concepts using physical and virtual manipulatives. The study compared three interventions: physical manipulatives, virtual manipulatives, and a combination of physical and virtual manipulatives. The research used a sequential explanatory mixed-method approach to collect and analyze data and used two types of learning trajectories to compare and synthesize the results. For this study, 43 Tier II fifthgrade students participated in 10 sessions of equivalent fraction intervention. Pre- to postdata analysis indicated significant gains for all three interventions. Cohen d effect size scores were used to compare the effect of the three types of manipulatives—at the total, cluster, and questions levels of the assessments. Daily assessment data were used to develop trajectories comparing mastery and achievement changes over the duration of the intervention. Data were also synthesized into an iceberg learning trajectory containing five clusters and three subcluster concepts of equivalent fraction understanding and variations among interventions were identified. The syntheses favored the use of physical manipulatives for instruction in two clusters, the use of virtual manipulatives for one cluster, and the use of combined manipulatives for two clusters. The qualitative analysis identified variations in students’ resolution of misconceptions and variations in their use of strategies and representations. Variations favored virtual manipulatives for the development of symbolic only representations and physical manipulatives for the development of set model representations. Results also suggested that there is a link between the simultaneous linking of the virtual manipulatives and the development of multiplicative thinking as seen in the tendency of the students using virtual manipulative intervention to have higher gains on questions asking students to develop groups of three or more equivalent fractions. These results demonstrated that the instructional affordances of physical and virtual manipulatives are specific to different equivalent fraction subconcepts and that an understanding of the variations is needed to determine when and how each manipulative should be used in the sequence of instruction.

A natureza humana é fascinante. Do ponto de vista educacional, o movimento humano nasce a partir de relações baseadas em compromisso. Entretanto, o compromisso educacional tem raízes em instituições dotadas de uma rigidez estrutural significativa em seus valores e práticas. Talvez essas raízes sejam parte da explicação quanto à falibilidade elevada destas instituições face às novas formas de se pensar o permanente fluxo humano. Este fluxo, por natureza indomável, atualmente se encontra potencializado pela adoção de artefatos digitais que dão às pessoas múltiplas possibilidades de individuação. Talvez seja um erro persistir na reprodução de modelos educacionais inflexíveis, onde não haja a possibilidade de exercício da liberdade intencional. Nesta tese, buscamos identificar possíveis relações intencionais latentes que regem os compromissos educacionais porventura existentes nos processos de ensino e aprendizagem baseados em e-Learning. Concebemos princípios de Trajetórias Conceituais de Aprendizagem Intencionais (TCAIs), através das quais se torna possível registrar ações e inferir graus de Intencionalidade Pedagógica Docente (IPD) e Intencionalidade de Aprendizagem Discente (IAD). Um Indicador do Grau de Intencionalidade (IGI) e outro, denominado Indicador do Grau de Convergência Discente (IGCD) foram propostos. Através da conjunção de ambos se torna possível avaliar o grau de proximidade entre a IPD e a IAD, estas que são inerentemente subjacentes às estruturas das Trajetória Conceitual de Aprendizagem (TCA) produzidas durante os processos de ensino e de aprendizagem. O IGI mensura o viés intencional de uma Trajetória Conceitual de Aprendizagem, enquanto o IGCD permite avaliar o grau de compromisso normativo do discente em relação à proposta educacional em fluxo. / Human nature is fascinating. We are endowed with intentional capabilities that keep us in constant flux, leaving behind us evident traces of our passage. From an educational point of view, the human movement comes from commitment-based relationships. However, the educational commitment is rooted in institutions with significant structural rigidities in its values and practices. Maybe these roots could be a part of the explanation for the high unreliability of these institutions faced with new ways of thinking about the permanent human flow. This flow, of untamed nature, is currently enhanced by the adoption of digital artifacts that give people multiple possibilities of individuation. It may be an error persist in those inflexible educational models, where there is no the possibility of exercising the intentional freedom. In this thesis, we seek to identify potential latent intentional relationships governing educational commitments that would may exist in the processes of teaching and learning based on e-Learning. We design principles for Intentional Conceptual Learning trajectories (ICLTs), through which it becomes possible to record actions and infer degrees of Teacher’s Pedagogical Intentionality (TPI) and Student's Learning Intentionality (SLI). An Intentionality Degree Indicator (IDI) and the other, called the Student’s Convergence Level Indicator (SCLI) was proposed. Through the conjunction of both is possible assess the degree of proximity between the TPI and the SLI, these that are inherently underpinning to ICLTs structures produced during the learning and teaching processes. The IDI measures the intentionality bias from Conceptual Learning trajectories, while SCLI allows evaluating normative commitment degree of the students for the educational proposal in flux.

A natureza humana é fascinante. Do ponto de vista educacional, o movimento humano nasce a partir de relações baseadas em compromisso. Entretanto, o compromisso educacional tem raízes em instituições dotadas de uma rigidez estrutural significativa em seus valores e práticas. Talvez essas raízes sejam parte da explicação quanto à falibilidade elevada destas instituições face às novas formas de se pensar o permanente fluxo humano. Este fluxo, por natureza indomável, atualmente se encontra potencializado pela adoção de artefatos digitais que dão às pessoas múltiplas possibilidades de individuação. Talvez seja um erro persistir na reprodução de modelos educacionais inflexíveis, onde não haja a possibilidade de exercício da liberdade intencional. Nesta tese, buscamos identificar possíveis relações intencionais latentes que regem os compromissos educacionais porventura existentes nos processos de ensino e aprendizagem baseados em e-Learning. Concebemos princípios de Trajetórias Conceituais de Aprendizagem Intencionais (TCAIs), através das quais se torna possível registrar ações e inferir graus de Intencionalidade Pedagógica Docente (IPD) e Intencionalidade de Aprendizagem Discente (IAD). Um Indicador do Grau de Intencionalidade (IGI) e outro, denominado Indicador do Grau de Convergência Discente (IGCD) foram propostos. Através da conjunção de ambos se torna possível avaliar o grau de proximidade entre a IPD e a IAD, estas que são inerentemente subjacentes às estruturas das Trajetória Conceitual de Aprendizagem (TCA) produzidas durante os processos de ensino e de aprendizagem. O IGI mensura o viés intencional de uma Trajetória Conceitual de Aprendizagem, enquanto o IGCD permite avaliar o grau de compromisso normativo do discente em relação à proposta educacional em fluxo. / Human nature is fascinating. We are endowed with intentional capabilities that keep us in constant flux, leaving behind us evident traces of our passage. From an educational point of view, the human movement comes from commitment-based relationships. However, the educational commitment is rooted in institutions with significant structural rigidities in its values and practices. Maybe these roots could be a part of the explanation for the high unreliability of these institutions faced with new ways of thinking about the permanent human flow. This flow, of untamed nature, is currently enhanced by the adoption of digital artifacts that give people multiple possibilities of individuation. It may be an error persist in those inflexible educational models, where there is no the possibility of exercising the intentional freedom. In this thesis, we seek to identify potential latent intentional relationships governing educational commitments that would may exist in the processes of teaching and learning based on e-Learning. We design principles for Intentional Conceptual Learning trajectories (ICLTs), through which it becomes possible to record actions and infer degrees of Teacher’s Pedagogical Intentionality (TPI) and Student's Learning Intentionality (SLI). An Intentionality Degree Indicator (IDI) and the other, called the Student’s Convergence Level Indicator (SCLI) was proposed. Through the conjunction of both is possible assess the degree of proximity between the TPI and the SLI, these that are inherently underpinning to ICLTs structures produced during the learning and teaching processes. The IDI measures the intentionality bias from Conceptual Learning trajectories, while SCLI allows evaluating normative commitment degree of the students for the educational proposal in flux.

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A concepção de novas alternativas educacionais pautadas no uso de recursos tecnológicos, tem acarretado o aumento do número de pesquisas em diferentes domínios de ensino. Tem se destacado nas últimas décadas a abordagem dos Mundos Virtuais, cuja base está calcada na interatividade, visualização de objetos 3D, sensação de imersão e liberdade ao aluno para explorar os recursos didáticos disponibilizados. Desta forma, se considera necessário que o planejamento e condução das atividades propostas pelos professores nos Mundos Virtuais, estejam baseadas em uma abordagem educacional consistente e difundida no meio acadêmico. O Mastery Learning surge neste contexto como uma alternativa instigadora a ser explorada, cujos preceitos estão baseados na realização de atividades de reforço e na avaliação constante do aluno, que buscam resultar na aprendizagem com maestria dos conteúdos abordados. O potencial a ser explorado nestas duas áreas resultou na construção deste trabalho de Tese, que teve como objetivo a proposição de um método de ensino pautado na aprendizagem com o uso dos Mundos Virtuais e preceitos do Mastery Learning. O método proposto engloba a aplicação de atividades presenciais e complementares, com diversas avaliações durante as unidades trabalhadas, cujo reforço foi baseado no uso dos Mundos Virtuais de forma constante durante este período Um Estudo Piloto foi realizado na área de Computação, cujo tópico abordado foi o ensino de Algoritmos e Lógica de Programação, sendo os resultados obtidos considerados positivos, e, utilizados como base para a realização dos testes finais. Desta forma, o processo de experimentação final foi conduzido com três grupos de alunos do sexto ano em uma disciplina de Ciências, no ano letivo de 2016, e, com dois grupos de alunos do sexto ano na mesma disciplina, no início de 2017, sendo todo este processo separado em três fases distintas. Um Mundo Virtual foi construído no OpenSim contendo diversos tipos de materiais didáticos, como vídeos, slides, textos e questões, além do desenvolvimento de simulações interativas e estáticas, sendo acessado pelos alunos na modalidade a distância. Foram aplicadas diversas avaliações em cada uma das fases para averiguar o desempenho de aprendizagem dos estudantes, assim como foram monitoradas as interações dos alunos que utilizaram o Mundo Virtual e aplicados questionários de opinião sobre este processo conduzido. Para a análise dos resultados, foram empregadas técnicas estatísticas não paramétricas (Kruskal-Wallis e Wilcoxon-Mann-Whitney), além do uso de Box Plot Os resultados obtidos demonstraram um melhor desempenho nas duas primeiras fases ocorridas em 2016 do grupo que utilizou o Mundo Virtual, com relação ao grupo que optou por não utilizar nenhum ambiente, enquanto em comparação com o ambiente Moodle, os resultados do grupo do Mundo Virtual foram considerados similarmente bons ou até melhores. A terceira fase apresentou resultados novamente considerados similares ou melhores do grupo do Mundo Virtual, com relação ao grupo do Moodle. Foi constatado na análise geral que os participantes que utilizaram o Mundo Virtual tiveram um crescente desempenho, com medianas altas e adequada distribuição das notas, havendo predominância de uma menor amplitude e variabilidade destas. O sistema de monitoramento também operou de forma satisfatória, assim como, os questionários de opinião apresentaram percepções positivas sobre o método aplicado e o uso dos recursos neste ambiente. Desta forma, foi possível concluir que os resultados obtidos com o método foram instigadores e positivos, o que acarretou na validação desta pesquisa e apresentou uma clara contribuição para o meio acadêmico. / The conception of new educational alternatives based on the use of technological resources has led to the exploration of research in different domains of education, among which, the approach of Virtual Worlds has been used concisely in recent decades. Its base is focused on interactivity, visualization of 3D objects, sensation of immersion and freedom to the student to explore the didactic resources made available. In this way, it is considered necessary that the planning and conduction of the activities proposed by the teachers in the Virtual Worlds, are based on a consistent educational approach and diffused in the academic environment. Mastery Learning appears in this context as an instigating alternative to be explored, whose precepts are based on the accomplishment of activities of reinforcement and the constant evaluation of the student, that seek to result in master the contents approached. The potential to be explored in these two areas resulted in the construction of this Thesis, which had the objective of proposing a teaching method based on learning with the use of Virtual Worlds and precepts of Mastery Learning. The proposed method includes the application of face-to-face and complementary activities, with several evaluations during the units worked, whose reinforcement was based on the use of Virtual Worlds in a constant way during this period A Pilot Study was carried out in the Computing area, whose topic was the teaching of Algorithms and Logic of Programming, and the results were considered positive and used as basis for the final tests. In this way, the final experimentation process was conducted with three groups of sixth-year students in a science course in 2016, and with two groups of sixth-year students in the same discipline at the beginning of 2017, with this process separated in three phases. A Virtual World was built in OpenSim containing several types of didactic materials, such as videos, slides, texts and questions, as well as the development of interactive and static simulations, being accessed by students in their homes. Several evaluations were applied in each of the phases to ascertain the student's learning performance, as well as the interactions of the students who used the Virtual World were monitored and opinion questionnaires were applied on this process. For the analysis of the results, non-parametric statistical techniques (Kruskal-Wallis and Wilcoxon-Mann-Whitney) were used, besides the use of Box Plot. Results obtained demonstrated a better performance in the first two phases occurred in 2016 of the group that used the Virtual World, in relation to the group that chose not to use any environment, whereas in comparison to the Moodle environment, the Virtual World group results were considered similarly good or even better The third phase presented results again considered similar or better in the Virtual World group in relation to the Moodle group. It was verified in the general analysis, that the participants who used the Virtual World had a growing performance, with medians high and adequate distribution of the notes, being predominant of a smaller amplitude and variability of these. The monitoring system also operated in a satisfactory way, making it possible to map the learning trajectories and evaluate the students in the Virtual World, as well as the evaluation questionnaires presented positive perceptions about the proposed method and the use of the resources of this environment. Thus, it was possible to conclude that the results obtained with the proposed method were instigating and positive, which resulted in the validation of this research and presented a clear contribution to the academic environment.

As interações dos estudantes com os Objetos de Aprendizagem (OAs) disponibilizados por meio dos Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVAs) produzem uma quantidade significativa de dados. Estes dados deixam rastros que podem ser analisados para responder as seguintes questões: Como os estudantes circularam pelos AVAs? Quando o estudante entrou em um AVA? Quais os trajetos percorridos? Quanto tempo levou para executar uma atividade? Qual a ordem de execução das atividades? Qual a Trajetória de Aprendizagem (TA) percorrida pelo estudante? Um grande desafio na atualidade é desenvolver mecanismos de monitoramento e visualização das Trajetórias de Aprendizagem (TAs) comparando com o desempenho avaliado do estudante. Devido à grande quantidade de dados gerados, quanto mais compacta for a visualização das TAs, melhor será, não apenas para os estudantes, mas, também, para os professores envolvidos. Nesse contexto, a presente Tese se concentrou, primeiramente, nos estudos de diversas técnicas de visualização de grande quantidade de dados e, em seguida, propôs uma técnica de visualização de trajetos relacionados com a TA de cada estudante, contendo as atividades inerentes à aprendizagem pretendida. As TAs são compostas por trajetos, que podem ser seguidos conforme a sugestão do professor através de Roteiro Guiado (RG) ou conforme a escolha do estudante através de Roteiro Livre (RL), desde que o estudante possua os pré-requisitos para tal escolha. Certamente, existe, para o estudante seguir, uma ordem mais recomendada para a execução das atividades, que lhe seja mais conveniente para a apropriação ou construção do conhecimento pretendido. Assim, se é possível visualizar todos os dados sobre a realização ou não dos trajetos, tanto pelo professor quanto pelos estudantes, os próximos passos dessas atividades de aprendizagem serão melhores escolhidos Desse modo, a tese propõe um modelo gráfico espaço-temporal para a visualização dos trajetos e das TAs dos estudantes, resultantes das interações necessárias para a realização das atividades inerentes de cada trajeto em AVAs. A ideia básica é utilizar os dados obtidos das interações dos estudantes nos AVAs e gerar gráficos que serão visualizados como meio para se obter uma maior compreensão e apreensão dos Processos de Aprendizagem (PAs), de forma a buscar extrair desses dados, na medida do possível, ideias ou conhecimentos ainda poucos trabalhados nas pesquisas acadêmicas que abordam o tema. Esta pesquisa desenvolveu uma abordagem para a implementação de uma pratica pedagógica usando o sistema de visualização de informação para a representação de padrões de interação dos estudantes dentro de um espaço conceitual, no contexto educacional, tendo como embasamento as teorias da aprendizagem significativa e da autorregulação da aprendizagem Para a materialização da proposta foi desenvolvido dois experimentos sendo um na Universidade Federal Rio Grande do Sul (UFRGS) no Brasil e outra na Universidade Pedagógica (UP) em Moçambique nos quais foi feita a comparação da forma de interação dos estudantes dentro da TAs seguindo os dois roteiros propostos pelo professor o que permitiu acompanhar melhor os experimentos realizados. As análises dos resultados obtidos pelos referidos experimentos permitiram visualizar e comparar os processos de aprendizagem através das interações/navegações em OAs, da ordem de utilização dos mesmos, das Trajetórias de Aprendizagem (TAs), do tempo para percorrer a TA e também através do pré e pós-teste. Como resultado, observou-se um melhor aproveitamento pedagógico no processo em que os estudantes usaram o RL em relação aos estudantes que interagiram de forma sequencial (RG). O estudo contribui com um sistema de visualização dos trajetos realizados pelos estudantes, que permite realizar o mapeamento das atividades em AVAs, e com uma nova proposta de validação de questões de avaliação (pré-teste e pós-teste) como forma de propor melhorias nos processos educacionais. / Student's interactions with Learning Objects (LO) that are available through Virtual Learning Environments (VLE) produce a significant amount of data. These data leave traces that can be analyzed to answer the following questions: How did students interact through VLE? When did the student enter in the VLE? What are the trajectories? How long did it take to perform an activity? What is the order of execution of the activities? What is the learning trajectory (LT) fulfilled by the student? A major challenge now is to develop monitoring and visualization mechanisms of the Learning Trajectories (LT) compared to the student's assessed performance. Due to the large amount of data generated, as more compact the visualization of the LT can be, the better it will be, not only for students, but also for the teachers involved. In this context, the present thesis focused primarily on the studies of several techniques for visualizing large amounts of data and then proposed a technique for visualizing trajectories related to the LT of each student, containing the activities inherent to the intended learning. The LT are composed of routes, which can be followed according to the teacher's suggestion (Guided Roadmap - GR) or according to the student's choice (Free Roadmap - FR), provided if the student has the prerequisites for such a choice. Certainly, for the student to follow, exists a more recommended order for the execution of the activities, which is more convenient for the appropriation or construction of the knowledge intended. Thus, if it is possible to visualize all data about the accomplishment or not of the routes, by the teacher as well as the students, the next steps of these learning activities will be better chosen. Thus, the thesis proposes a space-time graphic model for the visualization of the student's paths and LT, resulting from the necessary interactions from inherent activities of each path in VLE. The basic idea is to use the data obtained from student interactions in VLE and generate graphs that will be visualized as a means to obtain a greater understanding and apprehension of the Learning Processes (LP), in order to seek to extract from this data, as possible, ideas or knowledge still few worked in the academic researches that approach the subject. This research developed an approach for the implementation of a pedagogical practice using the information visualization system to represent patterns of student interaction within a conceptual space in the educational context, based on theories of meaningful learning and self-regulation of learning. For the materialization of the proposal, two experiments were carried out, one at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) in Brazil and another at the Pedagogical University (UP) in Mozambique, in which the interaction of the students within the LT was compared in two scripts proposed by the teacher that allowed to follow better the realized experiments. Analysis of the results obtained by these experiments allowed to visualize and compare the learning processes through the interactions/navigations in LO, the order of their use, the Learning Trajectories (LT), the time to go through the LT and through the pre and post-test. As a result, a better pedagogical use was observed in the process, in which the students used the FR in relation to the students who interacted sequentially (GR). This study contributes with a visualization system of the trajectories taken by students, which allows mapping of activities in LT, and with a new proposal validation of evaluation questions (pre-test and post-test) as a way of proposing improvements in educational processes.

Será que os estudantes de hoje têm habilidades para alternar o foco, dividindo seu tempo de estudo entre duas ou mais “fontes didáticas” às quais são expostos? Nesta tese se entende por “fonte didática” toda fonte de comunicação que pode passar informações através de pessoas ou máquinas, com intuito de ensinar um conceito. Assim, pesquisou-se através de experimentos em que os estudantes eram expostos às diferentes “fontes didáticas”, sendo medidos seus desempenhos por meio de testes como forma de entender suas capacidades de aprendizagem. As TICs têm possibilitado o acesso em simultâneo a várias “fontes didáticas” por um mesmo estudante ao mesmo tempo. Embora este acesso possa ocasionar um excesso de estímulos aos aprendizes, é preciso, então, pesquisar as consequências no processo de aprendizagem: um discente que está assistindo, por exemplo, a uma aula de um bom professor e, ao mesmo tempo, através de seu celular, consulta outras fontes didáticas disponíveis, ou simplesmente decide assistir dois objetos de aprendizagem ao mesmo tempo, sendo um interativo e outro visual, ou um visual e auditivo. Esta forma de estudo é, todavia, benéfica para seu processo de aprendizagem? É justamente na busca de respostas a estas perguntas que a presente tese de doutorado investigou a forma de navegação de estudantes quando expostos a duas apresentações paralelas multimídias e multimodais, considerando o conceito de trajetórias de aprendizagem em função dos tempos de estudo envolvidos. Este estudo tem como base teórica o construtivismo e o interacionismo de Piaget, neste contexto de exploração paralela ou alternada de vários objetos de aprendizagem. A pesquisa teve natureza explicativa, abordagem quantitativa e modalidade quase-experimental. Foi desenvolvido um sistema capaz de apresentar, ao mesmo tempo, dois objetos de aprendizagem para um mesmo estudante, e de monitorar a navegação desse aprendiz. O sistema desenvolvido no âmbito dessa tese foi denominado Apresentações Adaptativas Multimídias e Multimodais (AAMM), e foi implementado em HTML, PHP, AJAX e JavaScript. Nessa pesquisa foi avaliado o desempenho dos estudantes através de dois testes diferentes (pré-teste e pós-teste), mas com os mesmos níveis de dificuldade (um antes e outro após a exploração dos objetos de aprendizagem interativos e não interativos). Após o desenvolvimento do sistema AAMM e a realização do estudo piloto apresentado na proposta da tese, foram realizados dois experimentos com o objetivo de investigar a forma de navegação dos estudantes face a duas ou mais apresentações paralelas multimídia, considerando os estilos de aprendizagem preferenciais. Foram realizados testes estatísticos de Wilcoxon e Kruskal-Wallis, e os resultados das análises mostraram evidências para afirmar que em apresentações adaptativas multimídia compostas por objetos de aprendizagem interativos e não interativos é recomendável que se priorize os objetos de aprendizagem interativos seguidos dos não interativos; estudantes que efetuam múltiplas transições entre os materiais didáticos apresentam mau rendimento; o tempo que os estudantes levam a interagir com um objeto de aprendizagem não influencia no seu aproveitamento final, mas, quanto maior o tempo de dedicação aos objetos de aprendizagem interativos maior a probabilidade de se obter bom aproveitamento nos processos de ensino e aprendizagem. / Do students today have the ability to shift focus by dividing their study time between two or more didactic sources to which they are exposed? In this thesis is meant by "didactic source" all source of communication that can pass information through people or machines, in order to teach a concept. Thus, we investigated through experiments in which students were exposed to different "didactic sources", being measured their performances through tests as a way of understanding their learning abilities. ICTs have enabled simultaneous access to several didactic resources by the same student at the same time. Although this access may lead to an excess of stimuli for learners, it is necessary to investigate the consequences in the learning process: a student who is watching, for example, a lesson of a good teacher and, at the same time, through his Cell phone, consult other educational resources available, or simply decide to watch two learning objects at once, being an interactive and another visual, or a visual and auditory. Is this form of study, however, beneficial to his learning process? It is precisely in the search for answers to these questions that the present thesis investigated the way students navigate when exposed to two multimodal and multimodal parallel presentations, considering the concept of learning trajectories according to the study times involved. This study is based on Piaget’s constructivism and interactionism, in this context of a parallel or alternating exploration of several learning objects. The research had explanatory nature, quantitative approach, and quasi-experimental modality. A system was developed capable of presenting at the same time two learning objects for the same student, and of monitoring the navigation of this learner. The system developed under this thesis was called Multimedia and Multimodal Adaptive Presentations (AAMM), and was implemented in HTML, PHP, AJAX and JavaScript. In this research, students' performance was evaluated through two different tests (pre-test and post-test), but with the same levels of difficulty (one before and one after the exploration of interactive and non-interactive learning objects). After the development of the AAMM system and the pilot study presented in the thesis proposal, two experiments were carried out to investigate the way students navigate two or more parallel multimedia presentations, considering the preferred learning styles. Wilcoxon and Kruskal-Wallis statistical tests were performed, and The results of the analyses showed evidence to affirm that in multimedia adaptive presentations composed of interactive and noninteractive learning objects it is recommended that prioritized interactive learning objects followed by non-interactive ones; Students who carry out multiple transitions between didactic materials present poor performance; The time that students take to interact with a learning object does not influence their final achievement, but the longer the time of dedication to interactive learning objects the greater the likelihood of successful achievement in the learning process.

O presente trabalho avaliou o uso de Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs) com o objetivo de melhorar os processos de ensino e de aprendizagem em cursos de engenharia. Com base na Teoria da Aprendizagem Significativa, Teoria da Carga Cognitiva, Teoria da Autodeterminação e Análise de Estilos de Aprendizagem foi desenvolvido um modelo que utiliza diagramas esquemáticos que definem caminhos possíveis de serem trilhados e assim permitir identificar trajetórias de aprendizagem conceitual. Para cada conceito a ser aprendido existem várias trajetórias de aprendizagem possíveis que podem ser modeladas através do modelo MOTRAC proposto que é uma das principais contribuições da Tese. Para mostrar a viabilidade do modelo proposto (MOTRAC) foram modelados diferentes Objetos de Aprendizagem, desenvolvidos e aplicados em situações reais de aprendizagem. Foi também mantido um grupo de controle que assistiu aulas expositivas tradicionais do mesmo conteúdo. O desempenho dos estudantes que aprenderam com os Objetos de Aprendizagem foi significativamente melhor do que o desempenho do grupo de controle devido a: (i) o Modelo de Trajetórias de Aprendizagem Conceitual garante o principal aspecto da aprendizagem significativa que é o ancoramento de novos conceitos em conceitos previamente conhecidos, (ii) os Objetos de Aprendizagem possibilitam implementar em larga escala algumas práticas da tutoria individual como o ajuste de ritmo e uma intensa interatividade de respostas; (iii) os Objetos de Aprendizagem permitem implementar processos de aprendizagem por descoberta guiada; (iv) os Objetos de Aprendizagem permitem introduzir fatores de motivação extrínseca, como atribuição de pontos adicionais a estudantes que resolvam questões; (v) os Objetos de Aprendizagem podem ser utilizados a qualquer hora, em qualquer lugar, permitindo que o estudante escolha hora e lugar mais convenientes para a aprendizagem. Outro aspecto relevante apresentado diz respeito à necessidade de um número mínimo de estudantes para assegurar a viabilidade econômica do desenvolvimento de Objetos de Aprendizagem. A metodologia proposta aborda os processos de ensino e aprendizagem sob uma perspectiva de projeto, isto é, adota uma linguagem que facilita a sua adoção por parte de professores que estejam mais familiarizados com as práticas de projeto do que com as teorias de aprendizagem. / This work evaluates the use of Information and Communication Technology to improve learning and teaching processes in engineering courses. Based on Meaningful Learning Theory, Cognitive Load Theory, Auto-determination Theory and Learning Styles Analysis, a model that uses schematic diagrams to describe meaningful learning trajectories has been developed. These diagrams are used to project meaningful learning objects in a framework called Project Based on Learning Trajectories. Learning Objects produced with this framework have been used in experimental studies that compare the performance of students who have learned using Learning Objects against the performance of students who have learned in typical engineering classrooms. A comparative analysis of knowledge tests shows significant better performance of students who learned using Learning Objects due the following reasons: i) The proposed Model of Meaningful Learning Objects and Project Based on Learning Trajectories framework ensures a Learning Object development that presents propositions connecting new information to students’ previous knowledge, i. e. it assures the main factor of meaningful learning; ii) Learning Objects implement some common practices of one-to-one tutorial as the individual learning pace adjust and intense interactivity; iii) Learning Objects allow to implement a guided discover learning process; iv) Learning Objects allow to introduce extrinsic motivational factors, as the attribution of additional points to students who solve the proposed questions; v) Learning Objects may be executed anytime and anywhere, allowing the students to choose place and time more convenient than the scheduled classrooms. The findings of this work show evidences of the potential effectiveness of the proposed project framework. Other relevant aspect of developing Learning Objects presented refers to the need of a minimum number of users in order to assure economic viability. The proposed framework of Project Base on Learning Trajectories introduces an engineering approach to the learning and teaching processes. This new approach potentially brings to engineering a new perspective of using the project and design engineering skills to actuate improving learning and teaching processes.

Será que os estudantes de hoje têm habilidades para alternar o foco, dividindo seu tempo de estudo entre duas ou mais “fontes didáticas” às quais são expostos? Nesta tese se entende por “fonte didática” toda fonte de comunicação que pode passar informações através de pessoas ou máquinas, com intuito de ensinar um conceito. Assim, pesquisou-se através de experimentos em que os estudantes eram expostos às diferentes “fontes didáticas”, sendo medidos seus desempenhos por meio de testes como forma de entender suas capacidades de aprendizagem. As TICs têm possibilitado o acesso em simultâneo a várias “fontes didáticas” por um mesmo estudante ao mesmo tempo. Embora este acesso possa ocasionar um excesso de estímulos aos aprendizes, é preciso, então, pesquisar as consequências no processo de aprendizagem: um discente que está assistindo, por exemplo, a uma aula de um bom professor e, ao mesmo tempo, através de seu celular, consulta outras fontes didáticas disponíveis, ou simplesmente decide assistir dois objetos de aprendizagem ao mesmo tempo, sendo um interativo e outro visual, ou um visual e auditivo. Esta forma de estudo é, todavia, benéfica para seu processo de aprendizagem? É justamente na busca de respostas a estas perguntas que a presente tese de doutorado investigou a forma de navegação de estudantes quando expostos a duas apresentações paralelas multimídias e multimodais, considerando o conceito de trajetórias de aprendizagem em função dos tempos de estudo envolvidos. Este estudo tem como base teórica o construtivismo e o interacionismo de Piaget, neste contexto de exploração paralela ou alternada de vários objetos de aprendizagem. A pesquisa teve natureza explicativa, abordagem quantitativa e modalidade quase-experimental. Foi desenvolvido um sistema capaz de apresentar, ao mesmo tempo, dois objetos de aprendizagem para um mesmo estudante, e de monitorar a navegação desse aprendiz. O sistema desenvolvido no âmbito dessa tese foi denominado Apresentações Adaptativas Multimídias e Multimodais (AAMM), e foi implementado em HTML, PHP, AJAX e JavaScript. Nessa pesquisa foi avaliado o desempenho dos estudantes através de dois testes diferentes (pré-teste e pós-teste), mas com os mesmos níveis de dificuldade (um antes e outro após a exploração dos objetos de aprendizagem interativos e não interativos). Após o desenvolvimento do sistema AAMM e a realização do estudo piloto apresentado na proposta da tese, foram realizados dois experimentos com o objetivo de investigar a forma de navegação dos estudantes face a duas ou mais apresentações paralelas multimídia, considerando os estilos de aprendizagem preferenciais. Foram realizados testes estatísticos de Wilcoxon e Kruskal-Wallis, e os resultados das análises mostraram evidências para afirmar que em apresentações adaptativas multimídia compostas por objetos de aprendizagem interativos e não interativos é recomendável que se priorize os objetos de aprendizagem interativos seguidos dos não interativos; estudantes que efetuam múltiplas transições entre os materiais didáticos apresentam mau rendimento; o tempo que os estudantes levam a interagir com um objeto de aprendizagem não influencia no seu aproveitamento final, mas, quanto maior o tempo de dedicação aos objetos de aprendizagem interativos maior a probabilidade de se obter bom aproveitamento nos processos de ensino e aprendizagem. / Do students today have the ability to shift focus by dividing their study time between two or more didactic sources to which they are exposed? In this thesis is meant by "didactic source" all source of communication that can pass information through people or machines, in order to teach a concept. Thus, we investigated through experiments in which students were exposed to different "didactic sources", being measured their performances through tests as a way of understanding their learning abilities. ICTs have enabled simultaneous access to several didactic resources by the same student at the same time. Although this access may lead to an excess of stimuli for learners, it is necessary to investigate the consequences in the learning process: a student who is watching, for example, a lesson of a good teacher and, at the same time, through his Cell phone, consult other educational resources available, or simply decide to watch two learning objects at once, being an interactive and another visual, or a visual and auditory. Is this form of study, however, beneficial to his learning process? It is precisely in the search for answers to these questions that the present thesis investigated the way students navigate when exposed to two multimodal and multimodal parallel presentations, considering the concept of learning trajectories according to the study times involved. This study is based on Piaget’s constructivism and interactionism, in this context of a parallel or alternating exploration of several learning objects. The research had explanatory nature, quantitative approach, and quasi-experimental modality. A system was developed capable of presenting at the same time two learning objects for the same student, and of monitoring the navigation of this learner. The system developed under this thesis was called Multimedia and Multimodal Adaptive Presentations (AAMM), and was implemented in HTML, PHP, AJAX and JavaScript. In this research, students' performance was evaluated through two different tests (pre-test and post-test), but with the same levels of difficulty (one before and one after the exploration of interactive and non-interactive learning objects). After the development of the AAMM system and the pilot study presented in the thesis proposal, two experiments were carried out to investigate the way students navigate two or more parallel multimedia presentations, considering the preferred learning styles. Wilcoxon and Kruskal-Wallis statistical tests were performed, and The results of the analyses showed evidence to affirm that in multimedia adaptive presentations composed of interactive and noninteractive learning objects it is recommended that prioritized interactive learning objects followed by non-interactive ones; Students who carry out multiple transitions between didactic materials present poor performance; The time that students take to interact with a learning object does not influence their final achievement, but the longer the time of dedication to interactive learning objects the greater the likelihood of successful achievement in the learning process.