Diagnóstico das deficiências na aprendizagem de Programação em alunos do curso técnico integrado de Automação do IFMG - Câmpus Ibirité

A educação e a comunicação como áreas do conhecimento fluem e se atualizam de acordo com as oportunidades oferecidas pelas mais diferenciadas inovações tecnológicas. Segundo Nicolau et al. (2018), a tecnologia sempre afetou o homem: das primeiras ferramentas, por vezes consideradas extensões do corpo, à máquina a vapor, que mudou hábitos e instituições, ao computador, que trouxe novas e profundas mudanças sociais e culturais, a tecnologia ajuda, completa, amplia. A informática, com o passar dos anos, tornou-se uma área de conhecimento relevante e rapidamente constituiu-se, segundo Aguilhar (2016), como uma poderosa ferramenta estratégica para o ensino e a aprendizagem, gerando uma necessidade crescente do ensino desses conceitos nas escolas.

Atrelado ao emprego e ao ensino da informática está o da programação de dispositivos, como computadores pessoais e smartphones. O ensino de Programação visa proporcionar formação técnica ao indivíduo para desenvolver programas e aplicativos de computadores, dentre outros dispositivos, na implementação de soluções de problemas. A programação constitui-se em uma vasta área de conhecimento, cada dia mais essencial na vida cotidiana, sobretudo na atuação profissional. Pode-se atribuir como uma das competências a ser desenvolvida nessa área o estudo, a aprendizagem e a aplicação das estruturas de algoritmos e do formalismo de uma linguagem de programação.

Indícios de dificuldades no aprendizado de Programação foram percebidos no âmbito do curso técnico integrado em Automação ofertado pelo Instituto Federal de Minas Gerais (IFMG), câmpus Ibirité, o que chamou a atenção destes autores. O objetivo deste artigo é apresentar um diagnóstico do nível de aprendizagem dos alunos do curso por meio de pesquisa qualitativa e voluntária, realizada após o término da disciplina de Programação ministrada no ano de 2019. Entender e caracterizar esse panorama de dificuldades e o baixo rendimento dos alunos no âmbito do IFMG - Câmpus Ibirité ajudará e poderá contribuir para a implementação de ações e políticas de melhoria da qualidade da aprendizagem na área de Programação. A intenção é que os resultados apresentados aqui também auxiliem pesquisadores e docentes no desenvolvimento de metodologias mais eficientes de ensino de conteúdos de algoritmo e programação. Arcabouço teórico, detalhes da implementação e análises realizadas nesse trabalho serão apresentados ao longo deste artigo.

Revisão da literatura

Alguns pesquisadores abordam a importância do estudo da Informática, da Computação e da Programação, sobretudo no mundo moderno, e evidenciam os desafios dos alunos e educadores na inserção dessas modalidades de ensino no ambiente escolar. Rocha et al.(2010) mencionam que um dos papéis fundamentais da educação nos dias atuais é desenvolver competências para o trabalho e utilização das tecnologias de informação e comunicação (TIC).

Segundo Pereira Junior (2005), numa sociedade é fundamental boa educação, que visa não somente capacitar o indivíduo a trabalhar com alguma tecnologia, mas é preciso investir na criação de aptidões para seu desempenho, concretizado no mercado de trabalho, e na sua formação como estudante para se adaptar à rápida mudança tecnológica.

Bezerra e Dias (2014) relatam que é claramente visível que a demanda de profissionais de computação é maior que a oferta, porém o ensino de computação na Educação Básica ainda não faz parte da realidade no Brasil ou no mundo. Para um país, é extremamente estratégico formar bons profissionais em computação, pois é um ramo que está presente em todas as atividades econômicas e produtivas do mundo moderno. Segundo Filgueira et al.(2016), é dever de um país que deseja seu crescimento fazer com que todos sejam capazes de usar um computador e, com seu uso, conseguir adquirir conhecimento.

França et al. (2012) reporta que, no Brasil, o aprendizado da Informática ou mais especificamente, da programação, está restrito apenas às pessoas que buscam áreas afins de conhecimento. Segundo a Model Curriculum for K-12 Computer Science (2012), a maioria das profissões deste século têm de alguma forma relação e/ou necessidade de conhecimento na área da informática e computação, o que reforça a importância do ensino de Lógica de Programação desde a Educação Básica.

Autores como Sebesta (2009) acreditam que estudar programação amplia a capacidade de expressar ideias e raciocínio lógico e ensina noções de causa e efeito (causalidade). Contudo, para criar o aprendizado eficiente de “programação” é preciso ter foco, disciplina, capacidade de avaliar uma situação, chegando a uma solução final, além de desenvolver a criatividade.

Segundo Gama (2004), a programação pode ser definida como escrever um algoritmo em alguma linguagem de programação. Um algoritmo é um conjunto de regras/instruções finitas que quando executadas realizam alguma tarefa. São exemplos de algoritmos: instruções de montagem, receitas de culinária, manual de instruções e coreografia, entre outros. Para que o computador entenda as instruções, o algoritmo é escrito em uma linguagem de programação (Pascal, C, Cobol, Fortran, Visual Basic e Java, entre outras), que são interpretados por um computador. Portanto, para realizar alguma determinada tarefa e chegar a uma finalidade, precisa-se de um conjunto de instruções usando linguagem de programação. Silva (2018) destaca que o ensino de programação nos cursos técnicos integrados ao Ensino Médio dos institutos federais (IF) pode ser considerado pioneiro no Brasil e, segundo Barr e Stephenson (2011), por meio deles, jovens adquirem habilidades consideradas fundamentais no mundo digital atual e antes restritas ao Ensino Superior.

Aureliano e Tedesco (2012) apresentam uma revisão sistemática da literatura sobre o ensino de Programação no Brasil. O trabalho focou no ensino de Programação para iniciantes em qualquer modalidade de ensino. As pesquisas foram realizadas nos anais do Seminário Brasileiro de Informática na Educação e do Workshop de Informática na Educação entre os anos de 2002 e 2011. Além de apresentar um panorama das pesquisas realizadas, foram identificadas as instituições de ensino envolvidas. Na época o trabalho apontou uma maior concentração de pesquisas nas instituições localizadas nas regiões Sul e Sudeste do Brasil. Elas apresentam como resultado aumento do interesse da comunidade em realizar pesquisas sobre ensino de Programação para iniciantes no Ensino Superior. Entretanto, na época, apenas 19% apresentavam trabalhos que tinham sido realizados no ensino básico e técnico.

Apesar do empenho por parte das instituições de ensino e de pesquisadores que propuseram diferentes estratégias no ensino, como a utilização de sala invertida proposto por Sánchez et al.(2017) e a utilização de softwares específicos como estudado por Santos (2006), ainda tem-se verificado grande dificuldade de aprendizagem dos conteúdos de Programação pelo aluno ingressante nessa modalidade de curso; muitas dessas dificuldades podem estar relacionadas à sua formação. Raabe e Silva (2005) mencionam possíveis possibilidades para a origem das dificuldades enfrentadas no ensino da Programação, seja pela falta de domínio lógico e matemático, seja pela pouca percepção e adaptação do docente em adequar o conteúdo ao perfil e ao ritmo do aluno. Outro aspecto a ser considerado é a falta de motivação e interesse do aluno mediante as dificuldades encontradas no processo de aprendizagem de Programação, como destacam Santos e Costa (2006).

Estudos apontam para altos índices de reprovação, o que é alarmante no ensino de qualquer disciplina. Bosse e Gerosa (2015) observaram o desempenho de estudantes de Programação em um contexto do Ensino Superior. Em média, os índices de reprovação foram de aproximadamente 30%. Campos (2010) também coletou dados acadêmicos do aprendizado de programação de instituições de Ensino Superior. O resultado encontrado aponta para um índice de reprovação médio de 60%.

Tendo o ensino técnico como foco e partindo para um contexto educacional mais próximo, Fernandes e Junior (2014) investigaram dados acadêmicos dos estudantes do integrado matriculados em Introdução à Programação do IFC, encontrando um índice de reprovação de 15%. Silva (2018) aponta para um índice de reprovação de 52,5% em um cenário de 301 alunos de cursos técnicos integrados.

Metodologia

No curso técnico integrado em Automação do IFMG - Câmpus Ibirité, os conteúdos de algoritmos e programação são abordados especificamente na disciplina de Programação da grade curricular. Essa disciplina pode ser considerada fundamental e estratégica para o ensino-aprendizagem de algoritmos e estudo inicial de uma linguagem de programação, podendo ser vista como “a base” para outras disciplinas. Essa relevância, por si só, induz e motiva o monitoramento constante do rendimento dos alunos, a fim de garantir melhor aproveitamento, reduzir o índice de recuperação, de reprovação e de evasão do curso.

A disciplina em questão possui carga horária de 60 horas-relógio e é ofertada no 1o ano da grade curricular – portanto, para alunos iniciantes – e trabalha tópicos de conteúdos tais como introdução à Lógica de Programação, elaboração de fluxogramas, algoritmos textuais empregando pseudolinguagem Portugol, desenvolvimento de programas utilizando a linguagem de Programação C; foi ministrada pela primeira vez no ano letivo de 2019 para uma turma de 40 alunos.

A disciplina foi ministrada por dois docentes com formação acadêmica na área de Computação e experiência profissional em Programação. A metodologia de ensino baseou-se em uma aula expositiva semanal de 100 minutos de duração ao longo de 36 semanas, totalizando carga horária de 60 horas relógio, com exercícios práticos desenvolvidos em conjunto com os alunos no laboratório de informática, listas de exercícios e avaliações práticas individuais. Para cursar a disciplina, foi disponibilizado para cada aluno um computador pessoal contendo acesso à internet e os softwares aplicativos IDE Portugol Studio e editor-IDE Atom com compilador gcc, destinados ao ensino da p seudolinguagem Portugol e da linguagem de programação C, respectivamente. Além desses, outros softwares web foram utilizados no ensino, tais como o Lucidchart para geração de fluxograma e diferentes compiladores C/C++. As atividades e tarefas e o material didático foram disponibilizados via Google Classroom, aumentando ainda mais a interação do aluno com o ambiente virtual.

Diante do cenário descrito, foi realizada uma pesquisa qualitativa de aprendizagem com os alunos da disciplina de Programação. Essa pesquisa avaliou, da perspectiva dos alunos, o nível de aprendizagem em cada tópico de conteúdo e as dificuldades encontradas no decorrer do curso. A coleta da percepção dos alunos foi feita por meio de um formulário online disponibilizado via aplicativo GoogleForms, que é disponibilizado de forma gratuita e aberta na internet.

Foram elaboradas 20 questões objetivas sobre aspectos gerais e específicos de cada tópico de conteúdo abordado na disciplina e de dificuldades decorrentes dos ambientes de programação empregados, além de aspectos metodológicos e gerais utilizados pelos docentes. Também incluía campos dissertativos para que os alunos relatassem suas percepções sobre o ensino da disciplina.

A participação dos alunos nessa pesquisa foi voluntária, anônima e aberta a todos os matriculados no ano letivo de 2019. Realizou-se divulgação da pesquisa por e-mail e pela sala virtual criada no ambiente do Google Classroom. O período disponibilizado para o preenchimento do formulário foi de 31 dias corridos, iniciando-se em 18 de março e finalizando-se em 17 de abril de 2020.

Vale destacar que algumas questões permitiam ao discente escolher mais de uma alternativa dentro da pergunta apresentada; assim sendo, alguns itens apresentam mais de 16 respostas computadas. A estratégia de permitir mais de uma resposta dá maior flexibilidade ao discente em determinadas situações nas quais se busca melhor percepção dos sentimentos do aluno.

Resultados e discussão

O formulário online foi respondido espontaneamente por 22 alunos de um total de 40 alunos que cursaram efetivamente a disciplina de Programação. A análise inicial dos dados obtidos na pesquisa indicou que 91% dos alunos declararam que, antes de cursar a disciplina, não tinham conhecimento anterior sobre lógica e linguagens de programação.

Quanto ao nível de dificuldade relativo à base matemática prévia exigida pela disciplina, 27% dos alunos classificaram como pequeno, 59% como médio e 14% como grande. A maioria dos exemplos e exercícios abordados nos tópicos da disciplina exigia no máximo a passagem de parâmetros para uma equação de primeiro grau. Entretanto, observa-se que para aproximadamente dois terços dos alunos teria sido importante ministrar uma revisão matemática prévia, mesmo tratando-se de conteúdos básicos e abordados no Ensino Fundamental e que, sabidamente, são exigidos em processos de seleção para o curso.

Na avaliação de 82% dos alunos, o nível do entendimento da Lógica envolvida na construção de programas computacionais foi considerado satisfatório. Entende-se por Lógica o estudo e a aplicação de diferentes tipos de algoritmos computacionais. Nesse contexto, 36% dos alunos afirmaram que estudo prévio de fluxogramas foi primordial e 68% consideraram que o estudo da pseudolinguagem Portugol foi essencial para o desenvolvimento dos programas computacionais utilizando a linguagem de programação C.

Alguns alunos relataram que, em muitos casos, e principalmente em avaliações, o programa implementado “não rodava” ou “rodava, mas não fazia o que deveria fazer”, e eles ficavam “perdidos e nervosos sem saber o que fazer”, e tinham dificuldade com o enunciado dos problemas propostos. Esse cenário é bem conhecido dos profissionais da área, tipicamente atribuído às deficiências de aprendizagem da lógica de programação, do conhecimento da sintaxe e semântica da linguagem de programação C e do ambiente de desenvolvimento de programas.

O desenvolvimento da lógica de programação por meio do estudo de algoritmos auxilia na construção de programas computacionais. Contudo, os dados obtidos mostram uma percepção mediana e pouco funcional dessa ferramenta pelo aluno, o que sugere que o enfoque de tais conteúdos necessita ser reavaliado na disciplina. Tal deficiência pode provocar dificuldade na interpretação e no levantamento das premissas contidas em enunciados de apresentação de problemas, acarretando falhas na organização e na construção de um algoritmo computacional como solução.

É apresentado na Tabela 1 o nível de entendimento reportado pelos alunos em relação aos principais conteúdos abordados no ensino da linguagem de programação C. Os dados demostram que, na maioria dos pontos verificados, o nível de entendimento foi superior ou igual à média. Observa-se, porém, deficiência acentuada de aprendizagem em relação às estruturas de dados. Tal deficiência pode ter relação com a aplicação desse conteúdo na solução de problemas reais. Outro fato notado é que esse conteúdo exige entendimento prévio sobre a estrutura física e funcional da organização da memória de um computador, e tal deficiência pode ter sido determinante para esse baixo rendimento. As informações de aprendizagem que constam na Tabela 1 são importantes e mostram o panorama de aprendizagem da disciplina, servindo como referência e realimentação para o processo de ensino desses conteúdos.

Tabela 1: Avaliação dos conteúdos abordados

Conteúdo da linguagem de programação C abordado	Nível de entendimento
	Alto	Médio	Baixo
Estrutura organizacional (inclusão de bibliotecas, declaração de variáveis, constantes, função main)	27%	59%	14%
Conceito e aplicação dos tipos de variáveis	41%	55%	4%
Utilização de operadores aritméticos e relacionais	59%	36%	-
Utilização de estruturas de repetição (for, while e do while)	36%	41%	23%
Utilização das estruturas de testes (if, else e shitch)	45%	45%	10%
Estruturas de dados (string, struct, matrizes e vetores)	14%	27%	59%
Conceito, implementação e utilização de funções	28%	55%	17%

A sintaxe de uma linguagem traz as regras que regem a composição de textos com significado em uma linguagem formal. A linguagem de programação C define uma sintaxe para que um comando seja válido pelo compilador.

Em torno de 92% dos alunos consideraram a sintaxe da linguagem C de fácil assimilação. Relataram que grande parte dos erros de sintaxe que ocorriam frequentemente estava associada a descuidos simples, como falta de terminador de comando (ponto e vírgula) e grafia incorreta de identificadores, erros considerados comuns no processo de aprendizagem da linguagem de programação C.

É apresentada na Tabela 2 uma avaliação qualitativa dos principais instrumentos utilizados no planejamento didático-pedagógico da disciplina. De todos os instrumentos avaliados, o material didático disponibilizado aos alunos pelo docente foi considerado insuficiente pela qualidade, diversidade, relevância e aplicabilidade; ou seja, não atendeu ao objetivo de aprendizagem do aluno e necessita, portanto, de adequação e reavaliação.

A disciplina foi implementada com carga horária de 60 horas-relógio durante 36 semanas letivas, o que define a carga horária semanal de duas aulas geminadas de 50 minutos. Na avaliação dos alunos, essa carga horária foi considerada insuficiente para a abordagem de todo o conteúdo previsto pela ementa, chamando a atenção para uma reavaliação desses parâmetros.

Tabela 2: Instrumentos do planejamento didático-pedagógico

Instrumentos didático-pedagógicos	Conceitos
	Compatível	Incompatível
Metodologia adotada pelo docente em relação à ementa proposta pela disciplina	67%	33%
Carga horária da disciplina	40%	60%
	Suficiente	Insuficiente
Material didático disponibilizado pelo docente	36%	64%

Por fim, foi avaliado que fontes de consulta, além da bibliografia básica e complementar, foram utilizadas pelos alunos na disciplina. É apresentado na Figura 1 o percentual de acesso dos alunos para cada tipo de fonte de consulta.

Observa-se na Figura 1 que duas fontes adicionais tiveram papel importante no processo de aprendizagem do aluno: materiais disponibilizados em sites da internet e exercícios resolvidos. Tais fontes, juntamente com as bibliografias indicadas na ementa, configuram-se como importantes instrumentos do planejamento didático-pedagógico a serem considerados em futuras revisões da disciplina. Tal constatação confirma diversos estudos sobre o uso da internet no ensino e suas implicações, como é o caso de Fernandes, Lima e Oliveira (2016), que verificaram a necessidade de o docente repensar e (res)significar a sua prática considerando o uso desse recurso, e de Pereira e Freitas (2009), que ressaltam a importância do uso de tecnologias da informação e comunicação (TIC) na motivação, aumento do interesse e participação dos alunos, facilitando a resolução de problemas e contribuindo para uma aprendizagem mais significativa.

Considerações finais

Este trabalho busca, como principal objetivo, ajudar no embasamento e fomentar novas técnicas e formas de abordagem no ensino de Programação. Trabalhos como o apresentado, que possibilitam ao discente no final do período letivo apresentar um feedback de maneira anônima, são de extrema importância para a melhoria contínua da disciplina e da maneira como ela é ofertada ao aluno.

A pesquisa apresentada neste trabalho foi realizada no âmbito do IFMG –Câmpus Ibirité; no entanto, apresenta dados, informações e aspectos qualitativos aplicáveis a outras instituições de ensino e sugere algumas frentes de ações e de reavaliação da implementação da disciplina de Programação e similares. Uma dessas ações refere-se ao estudo sistemático de algoritmos computacionais. Foi demostrada a necessidade de solidificar o entendimento e a aprendizagem do aluno nesse conteúdo, a fim de obter melhor compreensão na modelagem e na caracterização de problemas.

Os dados reportados pelos alunos, no geral, demostraram bom nível de entendimento dos conteúdos da linguagem de programação C. Tal percepção, porém, se contradiz com o elevado índice de recuperação na disciplina. Algumas análises apresentadas contribuíram para que esse cenário seja mais bem definido, uma vez que o foco desta pesquisa foi traçar um perfil geral e inicial da implementação da disciplina e servir como instrumento inicial de diagnóstico.

Outro aspecto qualitativo levantado refere-se ao material didático e de apoio à aprendizagem do aluno. Nos dias atuais, é frequente que o aluno busque alternativas na internet que enriqueçam o seu estudo e aprendizagem. Nesse ambiente, a oferta de material de apoio, exercícios e cursos online de linguagem de programação é vasta. Porém faz-se necessário que a disciplina ofertada tenha material próprio de referência de boa qualidade e que atenda às demandas básicas dos alunos de forma isonômica. Tal constatação parece óbvia, mas observa-se que no caso da implementação da disciplina no IFMG – Câmpus Ibirité esse recurso, na visão do aluno, não foi atraente e não serviu como referência para seu estudo.

O posicionamento dos alunos nesta pesquisa apresenta grande semelhança com os trabalhos de Raabe e Silva (2005) e Santos e Costa (2006), o que é alarmante, já que tais trabalhos foram realizados há mais de uma década. Assim, espera-se que este trabalho também auxilie a elucidar, com base na perspectiva do aluno, as principais dificuldades e as formas da melhoria do aprendizado de Programação, norteando professores e instituições na melhoria da qualidade da aprendizagem.

Outro resultado é que a metodologia e o formato de formulário utilizados para levantamento dos dados apresentados no trabalho já estão sendo replicados em outras disciplinas do Câmpus Ibirité, buscando sua otimização e fazendo com que os alunos se tornem mais familiarizados em fornecer suas impressões ao docente. Por fim, além das conclusões apresentadas, os discentes se sentiram confortáveis de relatar que, ao constatar que a percepção do aluno está sendo levada em consideração para melhoria da disciplina ofertada; eles se sentiram mais valorizados no contexto educacional, percebendo que a sua percepção é de grande importância no processo de ensino-aprendizagem. Como trabalho futuro, indica-se a necessidade de realizar uma avaliação profunda e específica dos instrumentos avaliativos da disciplina.

Referências

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Agradecimentos

Os autores agradecem ao IFMG, principalmente aos campi Ibirité, Arcos e Sabará, e aos discentes que, de forma anônima, responderam ao questionário, possibilitando a realização deste trabalho e dando um norte para melhoria do ensino.