Modelagem e implementação do SEL - Software de Ensino de Lógica Proposicional - PDF
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Carlos Bento Lameira
1 Modelagem e implementação do SEL - Software de Ensino de Lógica Proposicional Cristiane Gato 1, Isabel Dillmann Nunes 1 1 Departamento de Informática Universidade de Cruz Alta (UNICRUZ) Caixa Postal Cruz Alta RS Brasil Resumo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento do SEL - Software para o Ensino da Lógica Proposicional. O sistema oferece ao aluno o contato com tecnologia através da utilização de microcomputadores na construção de conhecimento e prática de exercícios referente à disciplina de Lógica Matemática. Ao professor, possibilita uma aula diferenciada da tradicional e mais interessante, possibilitando uma maior interação entre aluno e professor, como também entre aluno e a área de informática. O SEL é um software educativo, o qual fornece exercícios de prova de argumentos utilizando o Sistema de Dedução Natural e Tabela Verdade para a Lógica Proposicional. Abstract. This work presents the development of SEL- Software for the Teaching of Proposicional Logical. The system offers to the student the contact with the technology through the use of microcomputers in the construction of the knowledge and practice of exercises regarding discipline of Mathematical Logic. To the teacher, it facilitates a differentiated class of the traditional and more interesting, facilitating a larger interaction between student and teacher, as well as enter studen and computer science. SEL in an educational software, which supplies exercises of test of arguments using the natural deduction and it controls truth for the proposicional logical. 1. Introdução A utilização da informática na educação vem crescendo a cada dia, o computador tem demonstrado ser um grande aliado no processo de ensino-aprendizagem através dos Softwares Educativos. Estes sistemas utilizam interfaces adequadas, técnicas de projeto de aplicações educacionais e domínio sobre o modelo caracterizado.[2][6] A idéia principal deste trabalho é prover uma ferramenta interativa que auxilie o desenvolvimento de provas da Lógica Proposicional [4], facilitando a manipulação de regras, possibilitando que novas práticas de interpretação e de aprendizagem possam ser experimentadas, como também, auxiliando no desenvolvimento da capacidade do aluno diante das diferentes situações e caminhos de uma prova da Lógica Proposicional. O objetivo do SEL Sistema de Ensino de Lógica Proposicional, é oportunizar a aprendizagem mais aprofundada da Lógica Proposicional; como também o trabalho com sistemas computacionais em sala de aula. A modelagem do sistema SEL foi realizada utilizando a UML (Unified Modeling Language) padrão baseado em objetos. Para a implementação deste sistema foi utilizada a
2 Linguagem de programação JAVA por ser uma linguagem portável, confiável e segura e, devido a grande quantidade de dados a serem armazenados, foi utilizado o Banco de dados MySQL 2. Software Educativo Um software educativo possui o objetivo de auxiliar o professor no processo de ensino/aprendizagem, fazendo com que o mesmo tenha a seu dispor recursos para ajudá-lo com seus alunos. [10] Todo software pode ser considerado um Software Educativo desde que utilize uma metodologia que o contextualize no processo ensino de forma criativa. 2.2 Tipos de Software Educativo A seguir serão mostrados os tipos de software educativos mais encontrados [10]: Tutoriais: o aluno é guiado por fases de aprendizagem. É adotado o mesmo padrão de ensino da sala de aula tradicional, sendo o conteúdo pedagogicamente organizado como se fosse um livro animado numa estrutura predefinida, e cabe ao aluno selecionar o conteúdo que deseja estudar; Exercício e Prática: caracteriza-se por colocar a máquina ensinando o aluno. São utilizados na revisão, memorização e fixação de algum assunto já estudado, sendo na maioria dos casos, atividades caracterizadas pela execução de exercícios repetitivos e demonstração eletrônica dos exercícios da sala de aula, com algumas diferenças como: na tela do computador os exercícios podem ser animados, ficam mais coloridos, falam e brincam, sem contar com a paciência do computador que nunca cansa e sempre incentiva o aluno; Simulação: apóia-se na construção de situações que se assemelham com a realidade. Envolve a criação de modelos dinâmicos e simplificados do mundo real ou imaginário, possibilitando ao aluno desenvolver hipóteses, testá-las, analisar resultados e refinar conceitos; Jogos: semelhantes aos sistemas de Simulação, geralmente são desenvolvidos com a finalidade de desafiar e motivar o aluno, envolvendo-o em competições com o computador e os colegas; Aplicativos: são programas voltados para aplicações específicas, como processadores de texto, planilhas eletrônicas, banco de dados e editores gráficos. Embora não tenham sido desenvolvidos para uso educacional, permitem interessantes usos em diferentes ramos do conhecimento. 3. Lógica Proposicional O SEL é proposto para o ensino e prática da Lógica Proposicional [4] [5], por isso serão apresentados nesta sessão conceitos sobre Lógica, conceitos estes utilizados no sistema desenvolvido.
3 O Cálculo Proposicional é a parte da lógica que estuda a Lógica Proposicional (estudo de formas de argumentos), constituída de uma Linguagem Formal e um sistema dedutivo, isto é, um sistema de regras. Essas regras correspondem a formas simples de argumentos ou raciocínios lógicos.[5] A Dedução Natural utiliza regras para prova de argumentos, entre outras as Regras de Inferência que são capazes de gerar todas as formas de argumentos válidas expressáveis na linguagem do cálculo proposicional. A Tabela Verdade possibilita a prova dos argumentos através de seus valores lógicos: verdadeiro (V) ou falso (F). 4. Ferramentas Utilizadas Esta sessão apresentará as ferramentas utilizadas para elaboração do SEL Software para Ensino da Lógica Proposicional, tais como linguagens de programação, UML para modelagem do sistema, banco de dados e editores. 4.1.A Linguagem de Programação JAVA Java [8] é uma linguagem orientada a objetos, portável e com forte suporte para técnicas de engenharia de software. Um programa em Java é compilado para o byte-code, que é próximo as instruções de máquina, mas não de uma máquina real. O byte-code é um código de uma máquina virtual idealizada pelos criadores da linguagem, por isso Java pode ser mais rápida do que se fosse simplesmente interpretada. O byte-code gerado pelo compilador para sua aplicação pode ser transportado entre plataformas distintas que suportam Java. Não é necessário recompilar um programa para que ele execute em uma máquina e sistema diferentes UML (Unified Modeling Language) O objetivo da UML [7] é descrever qualquer tipo de sistema, em termos de diagramas orientado a objetos. Naturalmente, o uso mais comum é para criar modelos de sistemas de software, mas a UML também é usada para representar sistemas mecânicos sem nenhum software MySQL O MySQL [9] é um banco de dados relacional, que armazena dados em tabelas separadas em vez de colocar todos os dados em uma só tabela. Isso proporciona velocidade e flexibilidade HTML O HTML (Hypertext Markup Language) é um código bem simples de formatação de textos e imagens, que serve para a criação de páginas da Internet. Segundo [1] o HTML é a linguagem da Word Wide Web.
4 5. Software para Ensino de Lógica Proposicional A partir dos estudos realizados desenvolveu-se o SEL Software para Ensino de Lógica Proposicional, um Software Educativo prático, para ser utilizado em sala de aula (Laboratório) na disciplina de Lógica, possibilitando o aprendizado da Lógica Proposicional utilizando o microcomputador para auxiliar nas regras e provas de teoremas. O Software possibilita que o aluno veja os caminhos possíveis a serem seguidos na prova de algum argumento e que possa escolher entre eles o que seja mais vantajoso e com menor custo de tempo. Desta forma, o aluno poderá aprender a utilizar as regras de prova de argumentos e, caso cometa algum erro, é oferecida ajuda sem auto-correção, o aluno deve voltar ao passo anterior para que continue no caminho correto até chegar ao resultado esperado. Este software é do tipo Cliente/Servidor [3]. Esta tecnologia é uma arquitetura na qual o processamento da informação é dividido em módulos ou processos distintos. Um processo é responsável pela manutenção da informação (servidor) e outros responsáveis pela obtenção dos dados (os clientes). Geralmente, os serviços oferecidos pelos servidores dependem de processamento específico que só eles podem fazer. O processo cliente, por sua vez, fica livre para realizar outros trabalhos. A interação entre os processos cliente e servidor é uma troca cooperativa, em que o cliente é o ativo e o servidor reativo, ou seja, o cliente requisita uma operação, e neste ponto o servidor processa e responde ao cliente. Para construção do Software, foi realizada inicialmente a modelagem baseada em objetos. O padrão utilizado foi o UML (Unified Modeling Language), como é mostrado na Figura 1. Figura 1. Diagrama de Use-Cases do Sistema SEL Neste diagrama encontra-se o ator Professor o qual pode realizar as seguintes ações com os exercícios: cadastrar, editar, apagar. Pode também solicitar ajuda sobre: Programa, Regras da Tabela Verdade e Regras da Dedução Natural.
5 Na Figura 2 é ilustrado o diagrama de Classes da Dedução Natural do SEL Professor, mostrando as suas classes, atributos e métodos. A Figura 3 ilustra o diagrama de Classes da Tabela Verdade do SEL Professor Figura 2. Diagrama de Classes do Sistema SEL Professor (Dedução Natural Figura 3. Diagrama de Classes Da Tabela Verdade do SEL Professor Na Figura 4 é ilustrado o diagrama de Classes do SEL Aluno Figura 4: Diagrama de Classes do SEL Aluno É sugerido aos alunos/professores usuários do sistema SEL- Software de Ensino da Lógica Proposicional que antes de utiliza-lo leia atentamente o tópico Ajuda Sobre o Programa, para maior compreensão de como este funciona.
6 5.5 Programa SEL Professor (Servidor) O programa SEL Professor disponibiliza na tela inicial os botões Dedução Natural, Tabela Verdade, Ajuda e Sair. Nos botões Dedução Natural e Tabela Verdade disponibiliza-se as opções de cadastro e visualização de exercícios. Para adicionar um exercício de Dedução Natural devem-se preencher todos os campos solicitados, logo após clica-se no botão adicionar. Os campos Argumento e Premissa/Regra devem ser preenchidos até obter o resultado final. Logo após escolhe-se a opção Novo, para cadastrar outro exercício, ou Sair, para sair do cadastro, como ilustra a Figura 5. Figura 5. Tela de Cadastro de Exercícios de Dedução Natural do Programa SEL Professor Para adicionar um exercício de Tabela Verdade o professor deve preencher todos os campos solicitados, após o término clicar em Salvar, logo após escolher a opção Novo para cadastrar outro exercício ou Sair para sair do cadastro. O programa SEL Professor disponibiliza uma ajuda sobre o programa onde é explicada a funcionalidade do mesmo. Disponibiliza também as regras da Dedução Natural e da Tabela Verdade. 5.6 Programa SEL Aluno (Cliente) O Programa SEL Aluno disponibiliza na tela inicial os botões Ver Exercícios e Ajuda. No botão Ver Exercícios o aluno pode escolher se deseja resolver exercícios de Dedução Natural ou Tabela Verdade, depois de escolhido ele visualiza todos os exercícios disponíveis para resolução e escolhe o que desejar, conforme é mostrado na Figura 6.
7 Figura 6. Tela Listar Exercícios do Programa SEL Aluno O programa SEL Aluno disponibiliza uma ajuda sobre o programa onde é explicada a funcionalidade do mesmo. Disponibiliza também as regras da Dedução Natural e da Tabela Verdade, como mostram as Figuras 7 e 8. Figura 7.Tela de Ajuda de Dedução Natural Figura 8. Tela de Ajuda da Tabela Verdade O botão Listar Exercícios possibilita a visualização de todos os exercícios cadastrados e ainda as opções de Editar e Apagar. Estes são disponibilizados tanto para
8 Dedução Natural como para Tabela Verdade e seguem o mesmo padrão de Listar Exercícios do Programa SEL Professor. 6. Conclusão Neste trabalho foi desenvolvido o SEL - Software de Ensino de Lógica Proposicional, uma ferramenta para auxiliar na prática da disciplina de Lógica Matemática. Este sistema possibilita a inserção de novos exercícios na prática da Lógica Proposicional, permitindo ao aluno resolvê-los tendo como auxilio as soluções inseridas pelo professor. Desta forma, o aluno pode aprender sem a necessidade do contato direto com o professor, desenvolvendo seu próprio poder de raciocínio e criatividade. Notou-se com os estudos realizados e com o desenvolvimento do SEL, que é muito vantajoso utilizar um software Educativo numa disciplina teórica, como a Lógica no curso de Ciência da Computação. Porque esta disciplina é ministrada no primeiro semestre do curso, onde também são ministradas outras disciplinas teóricas e o aluno fica muito distante do computador, isso desestimula o mesmo. A utilização do SEL permite ao aluno ficar mais próximo ao computador que é o esperado por ele ao ingressar no curso de Ciência da Computação, tornando-o mais motivado e interessado nos recursos e tecnologias que irá utilizar e aprender. 7. Bibliografia [1] Carleti, S. (2001). Software de Ciências para o Ensino de Química da 8º Série: Química no Computador, Trabalho de Graduação, Cruz Alta. [2] Moreira, G. O Software Educativo: O Computador e a Educação. (disponível on-line) capturado em 04/08/2003. [3] Nogueira, W.W.M. Introdução ao Modelo Cliente Servidor. (disponível on-line) capturado em 30/05/2003 [4] Nolt,J.e Rohatyn, D. Lógica. São Paulo: MacGraw-Hill,1991. [5] Oliveira, A.F. Lógica e Aritmética. 1ª ed. Gradiva Publicações LTDA,1991. [6] Oliveira, R. Informática Educativa: dos planos e discursos à sala de aula. Coleção Magistério: Formação e Trabalho Pedagógico. Campinas SP, Papirus, [7] Pimenta, D.T. Produção de Software UML Unified Modeling Language. (disponível on-line) capturado em 23/05/2003. [8] Rubira, C. e Cesta A. Tutorial A Linguagem de Programação JAVA (disponível online) capturado em 10/04/2002 [9] Soares, W. MySQL: Conceitos e Aplicações. São Paulo: Érica, [10] Tajra, S. Informática na Educação Novas Ferramentas Pedagógicas para o Professor da Atualidade. 4ª ed. São Paulo: Ed. Érica, 2001.