Este trabalho tem como objetivo principal, discutir a importância da utilização de Objetos de Aprendizagem (OA) dentro do ambiente da sala de aula, como ferramenta auxiliar ao professor, a fim de promover a melhoria do processo ensino-aprendizagem no Ensino de Física. A alternativa proposta é trazer para a sala de aula, com auxílio dos OA, alguns dos mais importantes avanços tecnológicos atuais: utilização de recursos computacionais para efetuar simulações por meio de softwares específicos, tais como, Interactive Physics, desenvolver simulações baseadas em linguagem de programação (Java, Flash, ...) ou mesmo utilizar a grande quantidade de material disponível na Internet, utilização de vídeos didáticos demonstrativos,etc. Entretanto, para iniciar o processo de desenvolvimento dos OA, faz-se necessário um estudo das ferramentas mais apropriadas, que possam atender às necessidades relacionadas ao processo ensino-aprendizagem. Nos vários capítulos desta dissertação, algumas ferramentas serão brevemente apresentadas, em seguida, algumas questões relacionadas ao Ensino de Física serão abordadas, e então será analisado como cada ferramenta pode contribuir no desenvolvimento de um OA capaz de demonstrar o fenômeno físico. Encerrando este trabalho, será apresentada uma forma de validação desta proposta bem como as conclusões pertinentes e sugestões de trabalhos futuros.

Na atualidade, uma das mais freqüentes aplicações da tecnologia de sistemas hipermídia é no contexto educacional. Isto tem incentivado um grande número de pesquisas, visando desenvolver novas técnicas e métodos capazes de criar um ambiente favorável para busca de conhecimentos, remodelando, assim, as formas de aprendizagem. Dentre os ambientes hipermídia de aprendizagem interativos, destacam-se os assim chamados cursos hipermídia, onde os conteúdos didáticos relativos a um dado assunto são organizados na forma de roteiros. Para facilitar o planejamento e desenvolvimento de cursos hipermídia, uma atividade aqui denominada de pré-autoria, faz-se uso de ferramentas de apoio. SICH (Sistema de Implementação de Cursos Hipermídia) é um exemplo de um ambiente de apoio à pré-autoria de projetos de hiperbase de cursos hipermídia. Este trabalho apresenta um ambiente gráfico e interativo que permite desenvolver todas as etapas da pré-autoria de cursos hipermídia. O ambiente, denominado APACHE (Ambiente de Pré-autoria de Cursos Hipermídia Estendido), incorpora as funcionalidade do SICH, com algumas mudanças e adaptações, para a edição dos objetivos do curso e a construção da hiperbase, adicionando a edição de roteiros e avaliação segundo os objetivos definidos pelo autor do curso hipermídia. Além disso, oferece recursos que facilitam a navegação e orientação global no espaço de modelagem, evitando a sobrecarga cognitiva e visual do autor do projeto de roteiro. No APACHE a construção de projetos de roteiros está baseada nos nós da hiperbase e nós instrucionais, considerando aspectos didáticos, pedagógicos e motivacionais do autor. Neste ambiente, as operações com arquivos são feitas de forma automática e proporciona-se, adicionalmente, a facilidade de reusar os componentes do projeto da hiperbase na geração de novos cursos.

A falta de representação explícita e independente de um metamodelo instrucional na estrutura dos modelos de referência para Sistemas Hipermídia Adaptativos Educacionais (SHAEs) não permite que as aplicações derivadas possam utilizar diferentes modelos instrucionais. Em geral, os modelos de referência para SHAEs permitem que as aplicações derivadas sejam definidas com base num único modelo instrucional. Entretanto, em função da grande quantidade de teorias instrucionais estabelecidas na literatura, do fato de que cada equipe de autoria pode ter seu próprio modelo instrucional ad hoc e que não existe um modelo instrucional mais recomendável, modelos de referência para SHAEs que só permitam o uso de um único modelo instrucional são limitados. Como elemento principal para comprovar tais limitações foi definido um modelo de referência para SHAEs que incorpora de forma explícita e independente um metamodelo instrucional. Com isso, as aplicações derivadas do modelo de referência definido podem ser desenvolvidas de forma mais organizada e estruturadas de acordo com diferentes modelos instrucionais, sejam eles definidos de forma ad hoc ou com base teórica. Além dos benefícios para o desenvolvimento de aplicações, uma contribuição da pesquisa para a área de Sistemas Hipermídia Adaptativos Educacionais foi mostrar que os mecanismos de adaptação tradicionalmente utilizados podem ser empregados em conjunto com modelos instrucionais. Também, em função da clara separação das responsabilidades dos componentes do modelo de referência e de sua própria estrutura, o modelo poderá servir de base para o desenvolvimento de ferramentas de autoria para aplicações na área de SHAEs. Adicionalmente, pelo fato de não estar comprometida com tecnologias específicas, a representação do modelo de referência permitirá que ele possa ser implementado com diferentes tecnologias, tais como ontologias formais e agentes inteligentes, por exemplo.

Este trabalho apresenta um método de avaliação contínua da aprendizagem baseado em ontologias e mapas conceituais, cujo aspecto principal é a determinação do nível de conhecimento real do aprendiz. Conhecer o que o aprendiz sabe é um fator importante no processo de ensino e aprendizagem, pois com isso é possível planejar que instruções podem ser entregues ao aprendiz de forma a personalizar o processo educacional, promovendo desta maneira o seu desenvolvimento cognitivo, suas habilidades e competências. Foi desenvolvida uma ontologia da linguagem de programação C, denominada C-Ontology, e a construção de mapas conceituais relativos aos conceitos desta ontologia. São apresentados resultados referentes à determinação do nível de conhecimento real do aprendiz no domínio linguagem de programação. Para tanto a técnica de agrupamento ( extit{clustering}) foi utilizada com o intuito de agrupar os aprendizes em grupos similares, possibilitando que o tutor ou o parceiro mais competente tenham condições de preparar os exercícios de acordo com as características de cada grupo.

Uma tendência no processo de aprendizagem em geral é o professor cada vez mais exigir do aluno a capacidade de exploração e criação de novos conhecimentos e não, simplesmente, memorização do conteúdo de uma disciplina. Entretanto, essa nova abordagem requer novos instrumentos para acompanhamento e avaliação do processo de aprendizagem. Na abordagem tradicional de ensino de linguagem de programação, a avaliação se concentra no resultado, ou seja, provas e códigos prontos referentes a atividades propostas. Esta dissertação estende-se esta avaliação a todo o processo de aprendizagem, e para suportar isto, utiliza-se um modelo de acompanhamento e análise do processo de aprendizagem de linguagens de programação. Um estudo de caso foi elaborado e quatro cursos de introdução à linguagem de programação foram ministrados a fim de se obter dados que pudessem dizer que o uso do modelo de acompanhamento e análise do processo de aprendizagem é uma boa alternativa tanto para o ensino como para a avaliação da aprendizagem de linguagens de programação.

Devido à grande expansão da educação à distância (EAD) na última década, o interesse por ensino e aprendizagem nessa modalidade tem aumentado de forma notável em muitos países. Nesse contexto, expandiu-se a utilização e criação de ambientes computacionais chamados Learning Management System (LMS), que são ambientes de apoio a EAD com ferramentas de comunicação (forum, email, chat, etc), coordenação (avisos, planos de aula, tarefas, avaliação, acompanhamento de participação, etc), cooperação (whiteBoard, repositório de trabalhos, etc), conteúdo (webcasting, questionários on-line, apresentações), avaliação (provas on-line), pedagógicas (interação com outros participantes, níveis de participação, etc). Além das ferramentas citadas, que são comuns na maioria dos LMS, temos a necessidade de incluir novas funcionalidades nos ambientes EAD, tais como: a criação e o armazenamento de objetos de aprendizagem (Learning Objects) (que são importantes no ensino de exatas: Física, Matemática e Química); ferramentas de áudio e vídeo conferência; simulações .Baseado nessas idéias, analisamos alguns LMS existentes, e essa análise trouxe importantes subsídios para a modelagem e implementação do LMS denominado, Ambiente Computacional de Ensino a Distância (ACED). Para validar e testar o ACED foi implementado o curso de FIS24 - Mecânica de um Sistema de Partículas e Gravitação, curso esse ministrado no departamento de Física do ITA.

A partir da análise da Lei de Diretrizes e Base da Educação Nacional percebemos que existe uma lacuna entre a aplicação dos conceitos de competências e habilidades como objetivos educacionais para o ensino básico e a aplicação destes mesmos conceitos no ensino superior. Evidencia-se, também, um distanciamento entre as expectativas dos alunos ingressantes nas universidades e as propostas pedagógicas ofertadas, que mantêm nos seus currículos conceitos e conhecimentos muitas vezes superados ou defasados das exigências e práticas mercadológicas, bem como do atendimento das demandas sociais. Na prática, verificamos que falta uma abordagem que valorize os saberes individuais e coletivos a partir do conceito de competências com base na LDB, inexistente nas diversas ferramentas tecnológicas que permitem o desenvolvimento de conteúdos programáticos, a reprodução de experimentos, o compartilhamento de informações ou mesmo a própria avaliação dos alunos. Desta forma, o mapeamento das competências curriculares no ensino da Física como proposta para a melhoria do processo de ensino-aprendizagem é um trabalho que visa contribuir para uma nova abordagem na definição dos conteúdos pedagógicos do ensino superior, bem como estimular uma discussão sobre as contribuições advindas desta abordagem. Para isto, desenvolvemos um sistema na Internet que foi posteriormente aplicado nos alunos ingressantes do curso de Engenharia do Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA na matéria de Física no segundo semestre de 2006, servindo de estudo de caso para a coleta, classificação e apresentação dos resultados, permitindo aos atores envolvidos no processo de ensino-aprendizagem uma alternativa no estabelecimento de novas estratégias educacionais.

Constata-se, atualmente, uma grande preocupação com a usabilidade e adaptatividade de sistemas informatizados, principalmente em função da quantidade de informações neles disponibilizada, associadas à facilidade de navegação dos usuários por tais sistemas. Com avanço do emprego do ensino a distância, essa preocupação torna-se ainda mais relevante, visto ser de difícil identificação a formação dos aprendizes que deles se utilizarão da dificuldade em "conhecer sobre os aprendizes", é que surge a proposta deste trabalho, qual seja, avaliar os efeitos da adaptação em Sistemas Hipermídia Adaptativos Educacionais - SHAEs. Buscou-se sustentar a avaliação pretendida de tais efeitos apoiando-se na integração entre o estado psicológico e a pré-disposição do aprendiz em utilizar-se de tais sistemas, em função de conhecer a priori o que significa a adaptatividade num Sistema Hipermídia Adaptativo de Ensino, e os benefícios dela decorrentes. Tal procedimento sustenta-se numa análise estatística da quantificação das respostas oferecidas por dois grupos de aprendizes: os que receberam e os que não receberam instruções sobre as pretensões do pesquisador, traduzindo-as em valores analíticos. Como resultado, propõem-se faixas limitadas por percentuais acima de um valor mínimo aceitável as quais (faixas) permitam avaliar a usabilidade e adaptatividade, como elementos para aceitação ou rejeição parcial ou total de SHAEs, podendo ser estendidas para outros sistemas informatizados, tais como games, portais e sites.

A Comunicação Estrutural é uma técnica pedagógica cujo objetivo é ajudar na avaliação e no exercício de sofisticadas habilidades intelectuais de pensamento crítico e complexas estruturas conceituais dos aprendizes. A produção de material instrucional baseado nessa técnica apresenta algumas dificuldades devido à falta de automatização, principalmente no que se refere à detecção de incoerências geradas durante seu processo de autoria. Descobrir e tratar essas incoerências de forma manual não oferece o suporte adequado ao autor, facilitando, assim, a inserção de problemas que diminuem a eficiência da técnica. Este trabalho de pesquisa aborda uma maneira de identificar, de forma automatizada, incoerências no decorrer do processo de autoria de exercícios em Comunicação Estrutural. Dessa forma, por meio do uso de mapas conceituais e de grafos, são apresentados conceitos e elementos relevantes que propiciam uma solução computacional para o problema de ocorrência dessas incoerências.

Em virtude da baixa utilização de recursos de áudio e vídeo, colaboração e interação em ambientes de ensino na internet, e na ausência de uma metodologia que guie o desenvolvimento de tais ambientes, desenvolveu-se neste trabalho uma metodologia para o desenvolvimento de ambientes de ensino usando salas de aula virtuais usando como referência a metodologia Motion em conjunto com um estudo de caso realizado no ITA para o ensino de física básica com o detalhamento do sistema desenvolvido e um conjunto de processos para operação e gerenciamento das capacidades implementadas no framework. São apresentadas as avaliações e os resultados práticos obtidos. A metodologia proposta e utilizada traz uma nova abordagem com a utilização de capacidades de negócios, e serve como referência para o desenvolvimento e utilização de sistemas de ensino utilizando salas virtuais com streaming de multimídia sobre a Internet.