Gamificação da Trajetória Acadêmica do Aluno dentro do Curso de Graduação: uma abordagem utilizando Banco de

Dados Orientados a Grafos

Anderson Tadeu de Oliveira Vicente1, Vanessa Cristina Oliveira de Souza2

1,2Instituto de Matemática e Computação – Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) – 37500-903 – Itajubá – MG – Brasil

{ander.sisinf, vanessavcos}@gmail.com

Resumo. Ao ingressar em um curso universitário, o aluno precisa cumprir uma série de requisitos para alcançar seu objetivo final que é a diplomação. Para isso, o aluno cursa uma trajetória durante o curso, onde elementos como retenção, trancamento e desistência podem surgir. Esse contexto caracteriza a trajetória acadêmica do aluno em um curso. A Gamificação é uma forma de empregar características, mecanismos, e elementos de jogos aplicados em contextos, com o escopo de engajar os usuários. Sendo assim, este trabalho realizou a implementação de um sistema gamificado de informações, denominado Graphon Unifei, que são pertinentes à trajetória acadêmica de alunos da Turma ingressante em 2013 do Curso de Sistemas de Informação da Universidade Federal de Itajubá, utilizando Banco de Dados Orientados a Grafos. Tem-se como resultado a avaliação positiva tanto dos alunos quanto do coordenador de curso sobre a aplicação, evidenciando que os elementos de gamificação são bastante úteis como elementos de visualização da informação, além da utilização da teoria dos grafos como forma de modelar a trajetória acadêmica dos alunos pertencentes a uma turma. Além disso, o banco de dados mostrou resultados satisfatórios nos testes de desempenho realizados, onde foi medido o tempo de resposta para requisições. Palavras-chave: Gamificação. Trajetória Acadêmica. Banco de Dados Orientados a Grafos. Neo4j.

1. Introdução Ao ingressar em um curso universitário, o aluno precisa cumprir uma série de requisitos para alcançar seu objetivo final que é a diplomação. A referência do aluno ingressante no curso escolhido é o Projeto Político Pedagógico (PPP), que apresenta as diversas componentes curriculares a serem cumpridas (disciplinas, trabalho de final de curso, estágio, atividades complementares) em cada período, com as respectivas carga-horária e pré-requisitos. Espera-se que o aluno ingressante tenha uma trajetória fluida e conclua o curso no tempo mínimo determinado. Contudo, à medida que a trajetória vai sendo trilhada, elementos como retenção, trancamento e desistência surgem.

O conhecimento dos fatores que levam o aluno a não se diplomar no tempo regular pode contribuir para a gestão do curso. Sendo assim, efetuar um estudo nesta perspectiva, pode possibilitar o planejamento de ações que venham buscar melhorias no processo de

ensino-aprendizagem, de forma a reduzir a problemática do represamento e futuras evasões do curso (SILVA, RODRIGUES e BRITO, 2014).

Estudos relacionados à trajetória escolar em ambientes universitários estão presentes na literatura e tentam correlacionar diferentes variáveis com a evasão e retenção dos alunos em diferentes cursos. Estudos de trajetória escolar dependem do acesso aos dados dos discentes. Na maioria dos estudos, o histórico escolar do aluno é utilizado como entrada para tais avaliações (RAJI, 2017; JUNIOR, SILVEIRA e OSTERMANN, 2017; SILVA, RODRIGUES e BRITO, 2014).

Têm-se então, no contraponto, os Sistemas de Informações Acadêmicas (SIAs), que disponibilizam funcionalidades de controle relacionadas a dados cadastrais de discentes, de docentes, de cursos e de acesso a informações e a ações de disciplinas (CARVALHO et al., 2012). Um SIA possui certas particularidades que são fundamentais à gestão das rotinas administrativas das universidades. Assim, tal sistema se compromete em oferecer um melhor controle e agilidade das rotinas internas da universidade, permitindo a organização de informações que sejam importantes para a coordenação de um curso, como: rendimento acadêmico, taxas de evasão e represamento, matrículas, frequência entre outros indicadores (SILVA, 2012). Estas facilidades também permitem, ao aluno, maior agilidade em sua interação com a instituição, com o curso e com os professores, já que podem ser acessados via internet, por meio dos portais das instituições. Já para a gestão acadêmica os SIAs possibilitam um melhor controle da vivência e trajetória acadêmica dos alunos, tendo em mãos grande massa de informação unificada, e assim, poder tomar decisões (LIMA, 2006; LEE et al., 2009).

Muitos são os trabalhos que avaliam a satisfação dos usuários no uso dos SIAs (DUARTE, VIEIRA e SILVA, 2014; SENGER e BRITO, 2005; BERNARDES e ABREU, 2004). No entanto, em uma análise mais crítica a esses sistemas, percebe-se que não existem funcionalidades gráficas que situem alunos e coordenadores na trajetória do curso.

No ambiente acadêmico, não é incomum que um aluno no final do seu terceiro ano de curso (completados 6 semestres), tenha disciplinas dos períodos anteriores ainda a cumprir, ou porque reprovou na componente, ou porque não tinha os requisitos suficientes para cursá-la quando a mesma foi ofertada. Neste cenário, o aluno poderia se perguntar:

• Quantas disciplinas eu ainda preciso cumprir dos períodos anteriores?

• De quais períodos são as disciplinas a cumprir?

• Eu tenho todos os requisitos para cumpri-las?

• As disciplinas são oferecidas no próximo semestre?

• Considerando toda a minha carga horária pendente, qual o prazo mínimo para eu me formar?

• Existe alguma estratégia para o cumprimento das componentes curriculares faltantes, de forma que minimize o tempo para a formatura? Nos SIAs, normalmente o aluno tem a seu dispor apenas seu histórico acadêmico.

Em conjunto com o PPP, ele consegue responder as perguntas acima. No entanto, é evidente que a percepção do aluno sobre “onde estou no curso?” não é clara. Utilizando

os SIAs os alunos também não têm informações relevantes sobre seu desempenho em relação, por exemplo, à sua turma, ou às áreas de concentração do curso. O desempenho de uma determinada turma também não é claro para os coordenadores, que precisam, em geral, utilizar outras ferramentas para gerarem informações que, de fato, auxiliem no processo de tomada de decisão.

Considerando as prerrogativas acima e a literatura atual, o objetivo deste trabalho foi demonstrar que é possível melhorar a visualização da trajetória escolar de um aluno utilizando uma solução gamificada. A Gamificação consiste no emprego de elementos de jogos em contextos de não jogos. Isso quer dizer, utilizar elementos envolvidos no cenário dos jogos a fim de criar um contexto semelhante a um jogo (MARCZEWSKI, 2015).

Para executar o trabalho proposto, um aspecto importante é a modelagem das componentes curriculares do curso, incluindo os pré-requisitos parciais e totais e o mapeamento de quando as mesmas são ofertadas. É necessária também a modelagem da trajetória do aluno no curso, o que inclui os componentes por ele cursados, o período e a nota obtida. Para Raji et al. (2016), o grafo é o modelo padrão para representar o processo de progressão do aluno já que, por exemplo, os relacionamentos de pré-requisitos do curso são normalmente apresentados em grafos.

Sendo assim, neste trabalho os dados foram modelados e persistidos em um sistema de banco de dados orientado a grafos. Uma aplicação em PHP foi desenvolvida incluindo elementos de gamificação explicitando visualmente os três elementos que levam o usuário ao estado de fluxo: a noção clara do que deve ser feito a cada momento; o feedback imediato quanto ao desempenho do que está sendo feito; um equilíbrio entre as oportunidades de ação (desafios) e a capacidade de agir (habilidades). Cabe aqui destacar que a proposta não é elaborar um jogo em si, mas representar um cenário específico utilizando tais recursos que os jogos possuem.

O estudo de caso foi feito com os dados de uma turma do curso de Sistemas de Informação da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). A validação da aplicação foi feita por meio de questionários (surveys), aplicados aos alunos e coordenadores de cursos, com o objetivo de avaliar se a aplicação desenvolvida é uma boa solução para mostrar ao aluno sua trajetória escolar, situando-o dentro da trajetória entre seu egresso e diplomação.

O trabalho justifica-se pela carência de ferramentas deste tipo implementadas nos SIAs e contribui por inovar em dois aspectos: na modelagem da trajetória acadêmica utilizando a teoria dos grafos; e na utilização dos elementos de gamificação como técnica de visualização da informação.

Dos resultados encontrados pode-se dizer que a aplicação implementada, denominada Graphon Unifei, apresentou um resultado positivo tanto pela avaliação dos alunos quanto pelo coordenador de curso, explicitando que os elementos de gamificação são úteis para a visualização dos dados.

O trabalho é dividido da seguinte forma: a segunda seção apresenta um discurso teórico dos conceitos de Trajetória Acadêmica, Sistemas de Informação Acadêmicos, Gamificação, Visualização da Informação e Banco de Dados Orientados a Grafos. Na seção 3, apresenta-se a metodologia. A seção 4 apresenta a solução implementada, com o detalhamento tanto da interface do usuário aluno como da interface do usuário

coordenador do sistema Graphon Unifei. Os resultados e discussões são apresentados na seção 5. A seção 6 traz as considerações finais sobre o trabalho.

2. Referencial Teórico 2.1 Trajetória Acadêmica O sistema educacional convencional, no mundo todo, é estruturado em percursos, organizado partindo de uma grade curricular que, no que lhe concerne, pauta-se na característica de intencionalidade do processo de ensino-aprendizagem das atividades e ações pedagógicas (BRASIL, 2017). Dessa forma, espera-se que ao entrar no meio acadêmico, o discente venha cumprir uma dada trajetória (ou percurso), atingindo o final desta com sucesso, representado pela conclusão do curso.

Junior, Silveira e Ostermann (2017) destacam que a trajetória escolar é uma conceituação ampla que apresenta várias características da trajetória dos discentes no âmbito das instituições acadêmicas e se encontra no enfoque dos mais tradicionais estudos no campo educacional.

Dessa maneira, tendo como ponto de partida a entrada do discente no meio acadêmico, pode-se realizar um acompanhamento cronológico do seu percurso e de sua posição em um dado momento em relação a toda trajetória do curso. Nesta, existem três condições distintas: permanência, evasão e conclusão, assinalando, respectivamente: o percurso, o insucesso e o sucesso (BRASIL, 2017). Vale destacar que as duas últimas condições representam uma situação terminal em comparação ao percurso. A primeira, mesmo que assinale uma situação de movimento, pode vir a convergir em um resultado mais ou menos satisfatório conforme o discente cumpra ou não a carga horária que é preciso para o término do percurso.

Dentre as condições citadas, a evasão é foco de atenção por parte das políticas educacionais brasileiras no contexto da educação superior. Isso porque a evasão apresenta diversos prejuízos para o discente e também para a unidade acadêmica (JUNIOR, SILVEIRA e OSTERMANN, 2017). Um estudo feito em instituições federais de ensino superior no Brasil evidenciou que as taxas de evasão dos discentes nos cursos de graduação atingem, em certos casos, níveis altos (GILIOLI, 2011).

Alguns dos estudos neste cenário estão o de Junior, Silveira e Ostermann (2017) que realizaram uma análise de sobrevivência aplicada aos alunos do curso de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), focando-se na evasão do curso. Com isso, concluíram que a aplicação da análise de sobrevivência para o estudo da trajetória escolar de alunos é adequada, visto que tal método possibilita esclarecer quando a evasão e a conclusão do curso acontecem e quais fatores influenciam a retenção do aluno no curso. Já Silva, Rodrigues e Brito (2014) efetuaram um estudo que identificou os principais elementos que contribuíram para a retenção dos alunos do curso de Educação Física da Universidade Federal do Piauí (UFPI). Para o estudo, Silva, Rodrigues e Brito (2014) aplicaram questionários juntamente com 10 alunos que concluíram o curso no tempo ideal e oito retidos. Os resultados mostraram os principais motivos de retenção dos alunos: “condição socioeconômica; falta de identificação com o curso; pouca integração entre aluno e ambiente acadêmico; dificuldade em conciliar trabalho e atividades acadêmicas; e admissão em outro curso” (SILVA, RODRIGUES e BRITO, 2014, p.76). Silva, Mainier e Passos (2006) estudaram a retenção no curso de Engenharia Química na Universidade Federal Fluminense (UFF), e perceberam que há

uma grande taxa de retenção no ciclo básico do curso (disciplinas iniciais básicas) e, além disso, concluíram que menos de 20% dos ingressantes finalizam o curso no tempo normal A modelagem do cenário da trajetória acadêmica seguiu a leitura de diversas referências (JUNIOR, SILVEIRA e OSTERMANN, 2017; GONÇALVES, 2008; KLEIN, 2003). No cenário em estudo, ao término do período letivo, um discente pode ser aprovado, reprovado ou evadido (GONÇALVES, 2008).

Pode-se dizer que a Figura 1 adaptada e modelada com base em esquematização feita por Junior, Ferreira e Ostermann (2017), ilustra trajetória do aluno no curso, marcando seu início, meio e fim. A trajetória escolar define que o aluno está caminhando adequadamente nessa trajetória, isto é, matriculado e progredindo a cada semestre, conforme o esperado.

Figura 1. Modelagem da Trajetória Escolar de Graduação. Adaptado de Junior, Ferreira e Ostermann (2017, p. 1403-3)

Raji et al (2017) afirmam que um grafo é um modelo padrão para representar a trajetória de um aluno em um curso. Os pré-requisitos de um curso normalmente são mostrados como um grafo. Este tipo de grafo não mostra como os alunos de fato progridem, sucedem ou fracassam no decorrer dos seus estudos, mas sugerem para onde devem se direcionar. 2.2 Sistemas de Informações Acadêmicos Para Bernardes e Abreu (2004), no contexto atual as organizações inscritas no cenário globalizado buscam respaldo nos sistemas de informações para que se possam adotar a melhor decisão estratégica. Nesse sentido, as universidades deveriam utilizar em suas tomadas de decisões a mesma ferramenta.

Um Sistema de Informação Acadêmico (SIA) é uma aplicação comumente implementada em arquitetura Web com a finalidade de atender às necessidades da gestão de uma instituição de ensino, possibilitando gerenciar melhor os recursos de natureza material, humana, financeira e física (ZIULKOSKI, 2010).

Verifica-se em pesquisas realizadas por Pereira (1999) e Lapoli (2003) que diversas universidades brasileiras apresentam dificuldades para utilizar de forma estratégica as informações fornecidas pelos sistemas de informações que possuem acesso,

visto a particularidade de cada sistema, que necessitam de uma programação diferenciada a fim de obter as informações que necessitam.

Silva Jr. (2000) descreve que embora existam diversos sistemas disponíveis à mão das universidades para o gerenciamento de informações, muitos destes não atendem às necessidades no que se refere ao processo decisório no nível estratégico no âmbito acadêmico. Sendo assim, Bernardes e Abreu (2004) elencam alguns objetivos ao adotar o uso de sistemas de informações nas universidades: suprimir a duplicidade de dados; maior velocidade e facilidade no processamento, análise e manipulação da enorme quantidade de dados, apoiando de maneira importante o processo de tomada de decisão; melhor distribuição das informações aos diversos segmentos da área acadêmica.

Queiroz et al (2017) investigaram os fatores que determinam a satisfação dos usuários de um sistema de informação acadêmico. Utilizando como caso de uso o Sistema integrado de Gestão de Atividades Acadêmicas – SIGAA, desenvolvido pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte, os autores concluíram que os alunos estavam satisfeitos com o sistema e que as informações fornecidas pelo SIGAA eram de qualidade. Os fatores avaliados nessa pesquisa foram: qualidade do sistema, qualidade do serviço, qualidade da informação, satisfação do usuário e utilidade percebida, que considera variáveis como facilidade de acessar os sistema, layout e quantidade de informações exibidas.

Utilizando a mesma metodologia empregada do trabalho de Queiroz et al (2017), Duarte, Vieira e Silva (2014) também avaliaram a satisfação de alunos no uso de um SIA e concluíram que os usuários que compuseram a amostra avaliada também se disseram satisfeitos com o sistema.

No entanto, segundo Silva (2012), o crescente uso de SIAs facilita o controle administrativo e pedagógico das instituições de ensino superior, mas os sistemas atuais ainda não alcançam as reais necessidades dos docentes e discentes envolvidos no processo de ensino-aprendizagem. Em especial para a gestão dos alunos, Duarte, Vieira e Silva (2014) destacam que os SIAs deveriam permitir maior agilidade na interação dos mesmos com a instituição, o curso e os professores.

Esse hiato entre as necessidades dos discentes e o que é oferecido pelos SIAs, como o SIGAA advém do fato do sistema não ser voltado exclusivamente para a gestão do aluno (e da sua trajetória) e do coordenador do curso, uma vez que o sistema precisa dar suporte as diversas áreas da administração acadêmica.

2.3 Gamificação A Gamificação é basicamente a utilização de elementos de jogos em contextos de não jogos. Implica no uso de elementos envolvidos no cenário dos jogos a fim de criar uma experiência semelhante a um jogo e mais motivadora. No entanto, não é o processo de criação de jogos (MARCZEWSKI, 2015). Chou (2015) descreve que a Gamificação, ou o ato de fazer algo semelhante a um jogo, não é um conceito novo. No decorrer da história, os seres humanos tentaram fazer as suas tarefas mais motivadoras, desafiadoras e divertidas. Por motivação (compromisso, ou da definição em inglês Engagement), aqui entende-se como o período de tempo em que se estabelece uma conexão com uma pessoa, lugar, coisa ou ideia (ZICHERMANN e CUNNINGHAM, 2011).

A gamificação tem sido utilizada em diferentes contextos. Em geral, o principal objetivo é aumentar o engajamento dos usuários, fazendo com que estes se interessem mais pela ferramenta/aplicação. No contexto de ensino-aprendizagem, há na literatura inúmeros relatos de experiências onde interfaces foram gamificadas com o intuito de ajudar o aluno na absorção do conteúdo. Boaventura e Oliveira (2018) estudaram a aplicação da gamificação em plataformas de Ensino à Distância, concluindo que a gamificação possui grande contribuição para a melhoria do desempenho e motivação dos alunos. Pereira (2017) pesquisou acerca do processo de gamificação como forma de melhorar o aprendizado e rendimento dos alunos através da proposta de criação de um sistema gamificado de ensino-aprendizagem. Borges et al (2013) mapearam estudos de gamificação relacionados à educação, concluindo que a maioria das pesquisas nessa área focam na aplicação da gamificação para motivar e maximizar o aprendizado dos alunos.

De forma geral, a gamificação está relacionada ao estímulo ao pensamento fielmente como acontece em um jogo, com a intenção de resolver problemas, ocasionar melhorias em processos e ambientes que estejam voltados para a questão da motivação e no engajamento de um grupo de indivíduos em particular. Assim, a gamificação tem como intuito envolver emocionalmente o indivíduo fazendo uso de elementos de jogos para alcançar o engajamento do indivíduo (BUSARELO, ULBRICHT e FADEL, 2014). Tal definição é corroborada por Hamari, Koivisto e Sarsa (2014), que sugerem que a gamificação é composta por três partes: as interfaces motivacionais implementadas, os resultados psicológicos resultantes e os resultados comportamentais adicionais (Figura 2).

Figura 2. Gamificação (HAMARI, KOIVISTO e SARSA, 2014)

Hamari, Koivisto e Sarsa (2014), avaliaram um conjunto diverso de trabalhos acadêmicos sobre gamificação com o intuito de responder à questão “A gamificação funciona?”, seguindo os preceitos da Figura 2. Os autores concluíram que o processo de gamificação funciona na maioria dos casos estudados, mas existem algumas ressalvas, principalmente metodológicas, discutidas pelos autores.

Conceituada a Gamificação, se faz importante definir os elementos de jogos que estão envolvidos em seu contexto, visto que tais elementos são os responsáveis por ocasionar o envolvimento do indivíduo com o ambiente gamificado.

2.3.1 Elementos de Jogos Um dos frameworks mais utilizados no design de jogos é conhecido como MDA (Mechanics, Dynamics e Aesthetics). Este framework auxilia a pensar como os elementos de jogos estão relacionados e aplica-los em contextos fora dos jogos (ZICHERMANN e CUNNINGHAM, 2011).

As Mecânicas (Mechanics) são os componentes fundamentais dos jogos, permitindo que um desenvolvedor controle e oriente as ações dos jogadores. A Dinâmica (Dynamic) incide na interação dos jogadores com as mecânicas do jogo e determina o que cada jogador está fazendo em resposta à mecânica do sistema, seja de forma individual

ou em grupo com outros jogadores. A Estética (Aesthetic) é como o jogo faz o jogador se sentir durante a interação com o sistema (ZICHERMANN e CUNNINGHAM, 2011).

Os elementos de um sistema gamificado é formado por uma série de ferramentas descritas a seguir (WERBACH e HUNTER, 2012; ZICHERMANN e CUNNINGHAM, 2011; WERBACH e HUNTER, 2012; CHOU, 2015; MARCZEWSKI, 2015):

• Avatar: representação ilustrada do personagem do jogador.

• Bagdes: as Badges são conhecidas como itens de Status. Elas podem ser dadas fisicamente ou virtualmente ao atingir algum objetivo.

• Competição: dá aos jogadores a possibilidade de provar a si mesmo contra os outros.

• Conquistas: estão relacionadas às recompensas que o jogador ganha ao realizar um grupo atividades específicas.

• Consequências: Se um jogador realizar algo errado, quais serão as consequências? Perderá pontos?

• Desafios: os desafios ajudam a manter os jogadores interessados, testando seu conhecimento e possibilitando que os apliquem. A superação dos desafios faz com que os jogadores sintam que atingiram a sua conquista.

• End Game/Game Over: em um dado momento um jogador pode ter conquistado todas as Badges por exemplo, e com isso, alcançar o End Game.

• Flow: um estado de fluxo é a percepção dos níveis de desafio e habilidade em progredir no jogo.

• Levels e Leaderboards: os Levels e os Leaderboards são uma forma de indicar o quanto mais ou menos qual o Status ou Conquista de um jogador em um dado jogo. Os Leaderboards ranqueiam jogadores que possuem as maiores pontuações/conquistas/itens em um jogo.

• Narrativa: História contada em um jogo.

• Jogador: motivado por recompensas. Jogará para conquistar recompensas.

• Pontos: dar pontos é um conceito bem simples. Pontos são dados aos jogadores ao completar certas tarefas. Ajudam no progresso do jogo, conquista de Bagdes, Conquistas entre outras conquistas no jogo.

• Progresso/Trajetória/Feedback: existem de várias maneiras e todos os jogadores precisam de algum tipo de medida do seu progresso no jogo. Auxilia no mapeamento ao jogador em que situação do jogo ele se encontra.

• Recompensas: o benefício que um jogador consegue ao conquistar algo no jogo.

• Status: o Status é a posição relativa de um jogador em relação aos outros. Certos benefícios ou recompensas dão aos jogadores a capacidade para avançar em comparação aos outros em um sistema de ranking definido.

• Time Pressure: estabelecer a redução do tempo pode fazer com que os jogadores possam se concentrar mais no problema a que se deparam.

É importante frisar com base em Werbach e Hunter (2012), que os elementos de jogos que foram citados podem vir a apresentar diversas configurações, sejam isolados ou em conjunto e a escolha destes elementos deve ser feita de acordo com o contexto a ser modelado. A combinação dos elementos contidos no Framework DMA de maneira efetiva é o foco de um projeto de gamificação. 2.3.2 Gamificação como técnica de visualização da informação Como já mencionado, o objetivo desse trabalho não foi criar um jogo, mas sim utilizar dos elementos visuais associados à gamificação como forma de melhorar a visualização das informações da trajetória escolar do aluno dentro do curso de graduação. A visualização dos dados é um domínio da Computação Gráfica do qual é um processo que mapeia os dados e informação em forma de gráficos ou outros elementos ilustrativos, pautando-se em representações visuais e em ferramentas de interação, utilizando meios computacionais com o objetivo de ampliar a cognição (BRANCO, 2003). A análise visual dos dados, nesse contexto, auxilia expressivamente na disposição da informação de maneira mais compreensível.

Há poucos trabalhos que utilizem a gamificação com este fim. O que mais se aproximou do objetivo aqui descrito foi o trabalho de Costa e Streit (2015). Os autores apresentam uma abordagem utilizando gamificação para análise visual de informações, com o objetivo de investigar a relação da gamificação e a análise visual das informações com o aumento do envolvimento do usuário com os dados e informações, melhorando a sua tomada de decisão.

Para Ferro, Walz e Greuter (2012), o emprego de mecanismos e elementos de jogos para a representação de informações de sistemas da área computacional influenciam a criação, troca e distribuição de tais informações. Levando em consideração que existem diversos tipos de usuários e suas diferentes características, a utilização dos elementos de jogos pode engajar, de maneira correta, o comportamento do público ao qual se destina e o fluxo das informações que se tem interesse.

Costa e Streit (2015) apresentam o resultado da aplicação de um sistema de tomada de decisão1 onde foi utilizado o contexto da gamificação. Verificou-se que a visualização da informação ocorreu de maneira estruturada e segmentada, o que ofertou as melhores alternativas para os tomadores de decisão. O contexto gamificado da aplicação aumentou a geração das ideias referentes às decisões a serem tomadas.

Na forma de um jogo, uma estrutura de dados permite ao jogador realizar escolhas interessantes sobre como agir conforme ele progride na história? Em caso afirmativo, os dados em questão podem criar cenários de um jogo, o que, por sua vez, pode impulsionar o desenvolvimento de um jogo completo. Assim, o jogador estará, no decorrer de um jogo, interagindo (ou “gamificamente” falando, jogando) com os dados. Se as escolhas colocadas a um jogador são estruturadas de tal maneira que o jogador “suba de nível” por meio da informação, então a concretização dos objetivos do jogo coincidirá com a compreensão dos dados em si. Ao manipular e utilizar ativamente os dados para ganhar o jogo, o jogador terá que entender os fatos e as relações pertencentes aos dados em si,

1 O SAP StreamWork é um ambiente de tomada de decisão colaborativa hospedado na Internet que permite a tomada de decisões em conjunto. Ele vem como “uma solução de gamificação que motivasse a participação dos usuários na tomada de decisões mediante brainstorming colaborativo” (COSTA e STREIT, 2015, p. 117)

chegando assim ao resultado educacional esperado e uma maior sensibilidade aos sistemas que os dados representam (MAKLIN et al, 2009).

Um exemplo disso é a pesquisa feita por Olsson, Mozellius e Collin (2015) na qual através do uso de elementos de gamificação, identificaram a influência de tais elementos com a visualização de informações do aprendizado de aluno em um sistema online de aprendizado. Os autores verificaram que a visualização das informações utilizando barras de progresso, mostrou ser uma forma de aumentar o autocontrole dos alunos e facilitar a visão geral em ambientes online. O uso de badges mostrou ser um recurso divertido para criar um sentimento positivo no curso. Conectado à barra de progresso, pode-se presumir que cause um clímax ao receber a badge quando a barra de progresso muda de estado ao atingir um objetivo.

Os elementos de jogos encontram-se fortemente relacionados. Essa característica sugere a utilização de um modelo de dados representado por Grafos. Nesse contexto, o desenvolvimento de jogos e aplicações gamificadas têm feito uso de bancos de dados NoSQL orientados a grafos no âmbito da modelagem e persistência dos dados. Exemplo pode ser visto em um estudo recente feito por Valdez et al (2017), que empregaram o modelo de grafos e banco de dados orientados a grafos para a gamificação em um sistema colaborativo de computação evolucionária.

Bancos de dados orientados a grafos são o assunto da próxima seção.

2.4 Banco de Dados Orientados a Grafos Um Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados Orientado a Grafos é um sistema que permite operações do tipo CRUD (Create, Read, Update e Delete) e que expõe um modelo de dados baseado em Grafos. Esse sistema é construído geralmente para utilização com sistemas transacionais (OLTP). Dessa forma, são então otimizados para um desempenho transacional e projetos com uma integridade transacional (ROBINSON, WEIBBER e EIFREM, 2015).

Os Relacionamentos são o ponto-chave deste modelo de dados. Esse não é caso de outros sistemas gerenciadores de bancos de dados, onde é necessário inferir conexões entre entidades por meio de chaves-estrangeiras, por exemplo. Isso implica em dizer que a tecnologia de banco de dados em grafos se mostra como um recurso importante para a modelagem de dados quando o foco no relacionamento entre as entidades é uma força impulsionadora na compreensão dos dados (MILLER, 2013).

Para Bruggen (2014), persistir dados em um Banco de Dados Orientado a Grafos, significa utilizar vértices e arestas (ou nós e relacionamentos) e essa estrutura possibilita:

• Representação dos dados de maneira mais natural, sem algumas das distorções do modelo relacional.

• Aplicar diversos algoritmos de grafos nessas estruturas. A Figura 3 descreve conceitos que são utilizados na modelagem de um modelo de

propriedade do grafo (LAL, 2015):

• Nós: entidades são modeladas como Nós (na Figura 3, Alice, Bob e Brasil são todos entidades).

• Rótulos (Labels): são utilizados para definir a categorização do nó em um modelo de domínio. Um nó pode conter diversos rótulos ao mesmo tempo. Além de dar mais significado a um nó, os rótulos são também utilizados para acrescentar restrições e índices a um rótulo específico. Na Figura 3, :Pessoa e :Lugar são os rótulos utilizados nos nós.

• Relacionamentos: retratam conexões direcionadas e semanticamente relevantes entre dois nós. No Neo4j, um relacionamento sempre terá um nó inicial e um nó final e um único tipo. Ao passo em que os relacionamentos precisam de uma direção ao serem criados, estas podem ser ignoradas ao se percorrer transversalmente o grafo. Na Figura 3, :RESIDE e :É_CASADO são os tipos dos relacionamentos.

• Propriedades: são pares de chave-valor que possuem informações sobre um nó ou relacionamento. Na Figura 3, nome e desde são ambas as propriedades que dão mais informação a respeito do nó ou relacionamento ao qual estão associados.

Figura 3. Nós, relacionamentos e propriedades. Fonte: Adaptado de Lal (2015).

Esta forma de modelagem permite a representação dos dados de forma mais próxima do mundo real, além de ser mais simples e expressiva. Em contraste com um Banco de Dados Relacional, que utiliza chaves estrangeiras para construir relacionamentos, deixando estes mais explícitos, possibilita obter os dados que se necessita apenas percorrendo transversalmente os relacionamentos. Relacionamentos explícitos tornam o modelo dos dados mais condizentes com a maioria dos problemas reais, visto que seus elementos se encontram interconectados (LAL, 2015).

Existem duas propriedades dos Banco de Dados Orientados a Grafos que devem ser consideradas ao analisar esse tipo de banco (ROBINSON, WEIBBER e EIFREM, 2015):

1. O armazenamento subjacente: algumas tecnologias de banco de dados orientadas a grafos utilizam armazenamento nativo que é otimizado para armazenar e gerenciar grafos. Entretanto, nem todos os bancos deste modelo

utilizam armazenamento nativo. Alguns deles serializam o grafo em um banco de dados relacional, por exemplo.

2. O mecanismo de processamento: algumas definições exigem que um banco de dados orientado a grafos utilize lista de adjacência, o que significa que os nós estão conectados fisicamente apontando um para o outro no banco. O benefício de um armazenamento nativo é que são projetados para terem

desempenho e escalabilidade. Já o benefício dos não-nativos, em contraste, é que eles dependem de outra tecnologia que não envolva grafos, como o MySQL por exemplo. O processamento de banco de dados orientados a grafos que são nativos (utilizando Lista de Adjacência – index-free adjacency) se beneficia de algoritmos de percorrimento transversal do grafo (ROBINSON, WEIBBER e EIFREM, 2015).

A Figura 4 mostra uma visão geral dos diversos sistemas de Banco de Dados Orientados a Grafos existentes no mercado atual baseado no modelo de armazenamento e processamento dos dados (ROBINSON, WEIBBER e EIFREM, 2015). Tais bancos estão categorizados de acordo com o grau em que são nativos tanto no armazenamento, utilizando estrutura de grafos quanto no processamento das informações.

Contudo, é importante salientar que as propriedades do modelo de Grafo utilizado nesse contexto não se aplicam para todas as estruturas de Grafos. Especificamente é otimizado para (BRUGGEN, 2014):

• Grafos direcionados: as ligações (links) entre os nós – também chamadas de relações – possuem uma direção.

• Grafos multi-relacionados: podem haver diversas relações entre dois nós que são iguais.

• Armazenando pares de chave-valor como propriedades dos nós e relacionamentos. No que se referem a essas propriedades do modelo de grafo, Lal (2015) descreve

que estas são uma extensão do modelo matemático de grafos.

Figura 4. Visão geral dos sistemas de Banco de Dados Orientados a Grafos (ROBINSON, WEIBBER e EIFREM, 2015).

2.4.1 Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados Orientados a Grafos Kolomicenko (2013) realizou um estudo comparativo dos diversos SGBD’s Orientados a Grafos existentes onde descreveu as características de cada um destes:

• DEX: de código fechado, licença comercial, escrito em Java e C++, foi lançado em 2007 e possui como objetivo ser uma solução escalável e de alto desempenho para trabalhar com grafos muito amplos. O modelo de grafo utilizado por este SGBD é chamado de “Labeled and directed attributed multi-graph” porque as arestas podem ser direcionadas ou não, todos os elementos pertencem a tipos arbitrários e pode existir mais de uma aresta entre dois vértices. Utiliza como armazenamento tecnologia baseadas em bitmap altamente compactado e a estrutura de dados utilizada é um “Link” que é uma combinação de um mapa e um bitmap que possibilita uma conversão rápida entre um identificador de objeto e seu valor, vice-versa. A estrutura utilizada para os mapas é uma B+ Tree, os valores são armazenados como uma sequência de caracteres UTF-8 e os elementos identificadores são inteiros unsigned de 37 bits. Os valores dos atributos podem ser indexados quando requisitado pela aplicação a fim de acelerar a análise de um elemento com base em seus valores. Oferece um suporte parcial de transição ACID, denominado “aCiD” em razão do isolamento e atomicidade nem sempre serem garantidos. O modelo de concorrência da transação é baseado em n-readers, 1-writer.

• Infinite Graph: outro banco de dados comercial, escrito em Java e C++. Foi lançado em 2009 e suas prioridades se situam em escalabilidade, abordagem distribuída, processamento paralelo e particionamento de grafos. Utiliza um modelo chamado “Labeled directed multigraph” que consiste em arestas bi-direcionais. Está em total conformidade com as propriedades ACID.

• Neo4j: de código aberto, escrito completamente em Java, foi lançado em 2007. Apresenta um modelo de grafo chamado “Property Graph” que é bastante semelhante com os dois modelos citados anteriormente.

• Orient-DB: não é somente um banco de dados orientado a grafos, mas possui uma ampla gama NoSQL que inclui armazenamento por chave-valor, banco de dados orientado a documentos e banco de dados orientado a grafos. É escrito em Java e foi lançado em 2010. Adota o mesmo modelo que o Neo4j para representação dos dados e utiliza sua própria estrutura de dados para indexar as propriedades dos elementos. Possui um algoritmo inovado chamado de MVRB-Tree, que é uma combinação de B+ Tree e RB-Tree, consumindo apenas metade de memória como uma RB-Tree, mantendo a velocidade do balanceamento da estrutura depois de uma inserção ou exclusão de dado. As transações garantem totalmente as propriedades ACID. Dominguez-Sal et al (2010) compararam diversos SGBDs orientados a

documentos e concluíram que o Neo4J e o DEX são os sistemas mais eficientes. Em função de sua maior popularidade, neste trabalho, o Neo4J foi escolhido como SGBD e será melhor detalhado abaixo.

2.4.1.1 Neo4J O Neo4j surgiu com o intuito de resolver um problema em particular: gerenciar melhor arquivos de mídia. Em seus primórdios, não era um Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD) Orientado a Grafos, era somente uma biblioteca onde os desenvolvedores poderiam integra-la em seus códigos a fim de lidar de maneira mais fácil com estruturas de dados que se encontravam conectadas. No ano de 2010, quando o Neo4j se tornou de fato um SGBD orientado a grafos, toda sua estrutura (incluindo os componentes de baixo nível) foram otimizados para trabalhar com os dados na forma de grafos. Esse fato é importante, visto que é o que coloca o Neo4j na frente de outros SGBDs em comparação à velocidade do processamento e recuperação dos dados (BRUGGEN, 2017).

A persistência dos dados se dá através de uma arquitetura baseada em listas de adjacência. Os componentes principais de um grafo (vértices, arestas e propriedades) são armazenados em três arquivos separados. A Figura 5 (ROBINSON, WEIBBER e EIFREM, 2015) ilustra a estrutura dos arquivos que armazenam informações do nó e relacionamento. Os vértices (nós) são armazenados com um ponteiro para o primeiro relacionamento e primeira propriedade. O conjunto de propriedades é um grupo de listas ligadas, onde há uma lista ligada por nó. E finalmente, as arestas (relacionamentos) são armazenadas como duas listas duplas (uma para cada ponto final do relacionamento), juntamente com seu tipo e ponteiros para os pontos finais do relacionamento atual e a primeira propriedade.

Apesar de aceitar, a linguagem de consulta padrão do Neo4j é a Cypher, que é procedural e bastante semelhante ao SQL (utiliza as cláusulas ORDER BY, WHERE, por exemplo) mas possuindo características próprias do banco de dados orientados a grafos (cláusulas MATCH, CREATE, por exemplo) (LAL, 2015). Holzschuher e Peinl compararam linguagens de consulta alternativas com o Neo4j e concluíram que a Cypher obteve melhores resultados. Diante disso, neste trabalho a Cypher foi utilizada neste trabalho tanto para operações CRUD, quanto para consultas no Neo4J. Maiores detalhes dessa linguagem podem ser acessados no endereço eletrônico https://neo4j.com/developer/cypher/.

Figura 5. Estrutura de armazenamento de nós e relacionamentos no Neo4j (ROBINSON, WEIBBER e EIFREM, 2015)

2.5 Trajetória escolar nos cursos de graduação – Trabalhos Relacionados Embora haja intuitivas formas de visualização temporal para conjunto de dados comuns, é difícil a representação de dados referentes ao histórico dos alunos em um curso utilizando métodos tradicionais, visto a sua natureza concorrente. Isso implica afirmar com base em estudo feito por Trim et al (2012)2 que, estes dados temporais se referem a elementos dispostos em conjuntos, tendo uma análise dificultada caso não sejam bem tratados. Caso sejam bem tratados, podem-se fornecer insights positivos acerca do desempenho dos alunos em um curso.

Trim et al (2012) trataram a seguinte definição para o domínio do histórico de um aluno em um curso: em cada semestre, um aluno cursa diversas disciplinas. Na trajetória acadêmica deste aluno, vários semestres são concluídos e assim, aumenta-se a expectativa com relação a conseguir um diploma. Os cursos apresentam suas características intrínsecas, como disciplina acadêmica e pré-requisitos. Quando associados a um aluno, associam-se a um curso (nota final, semestre, etc.).

Trim et al (2012) afirma que Efetuar uma análise destes dados é um desafio, em razão da natureza concorrente das disciplinas no histórico dos alunos. Em um período de tempo, um aluno frequenta diversas disciplinas, rompendo com a definição de uma função (ou seja, um único período mapeia diversos valores relacionados ao curso) e eliminando a maioria das abordagens de visualização temporal. O problema se torna ainda mais difícil em razão das características intrínsecas e extrínsecas dos cursos e alunos. Entretanto, se tais elementos temporais e concorrentes pudessem ser representados com mais precisão, as conclusões analíticas derivadas das tendências agregadas dos estudantes poderiam ser utilizadas para ocasionar melhoras nos programas acadêmicos.

Com isso, a abordagem utilizada por Trim et al (2012) utilizou técnicas de composição visual para descrever tendências nos dados do histórico do curso dos alunos.

Zanato, Ventura e Ribeiro (2018) estudaram a evasão de alunos na área da Tecnologia da Informação da Universidade Federal do Mato Grosso (UFMT). Para a realização da pesquisa, utilizaram o banco de dados orientado a grafos Neo4j para que pudessem ter uma melhor identificação de padrões através das relações entre os dados. Os pesquisadores extraíram os dados do Sistema de Gestão Acadêmica (SIGA) da referida Universidade. O objetivo foi entender e estudar os alunos com perfil para potencial desistência. Com isso, tiveram como resultado que, o mapeamento dos alunos que demonstravam a possibilidade de evasão com a utilização de grafos, mostrou-se possível. Foi possível traçar projeções de alunos com probabilidade de evasão baseando-se na função de similaridade com alunos de turmas anteriores. Conforme os padrões que envolvem a opção por desistência do curso, é possível identificar com precisão média de 73% a situação final do aluno.

Raji et al (2017) também utilizaram uma abordagem orientada a grafos para efetuar a análise visual do progresso de estudantes nas universidades dos Estados Unidos. Para tanto, desenvolveram um sistema chamado eCamp, que reúne informações acadêmicas de diversos alunos. Tal sistema modela e analisa os relacionamentos entre esses dados e visualiza padrões da trajetória dos alunos por disciplinas. O sistema, ao ser

2 Trim et al (2012) realizou um estudo voltado para a visualização dos dados dos históricos de alunos em seus cursos.

aplicado com gestores das universidades, permitiu levantar informações a respeito da progressão e retenção dos alunos.

O estudo feito por Junior, Silveira e Ostermann (2017), investigou a viabilidade na aplicação da metodologia de análise de sobrevivência no estudo do tempo de permanência de alunos que concluíram o curso (diplomados), evadidos e desligados no curso de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). O estudo concluiu que o referido método é adequado para tal cenário, possibilitando elucidar quando a evasão e a diplomação acontecem, além de identificar os fatores que implicam na permanência prolongada do aluno no curso.

Heileman, Babbitt e Abdallah (2015) utilizaram o diagrama de Sankey3 para o estudo da trajetória dos alunos na Universidade do Novo México. Foi possível demonstrar como os alunos progridem por meio do sistema e análise utilizado de uma maneira intuitiva, de fácil compreensão e adaptabilidade. Toda essa facilidade na visualização fomentou discussões acerca do sucesso dos alunos, possibilitando explorar mais rapidamente informações relacionadas ao progresso dos alunos. Ao utilizarem o poder da visualização, os pesquisadores perceberam melhor a trajetória dos alunos até a graduação e extrair análises relevantes que se mostraram úteis na tomada de decisões. Além disso, os referidos recursos de visualização estavam disponíveis para todo o campus. Alguns foram utilizados para apoiar mudanças em nível de faculdade e departamento.

3. Metodologia 3.1 Materiais Dentre os materiais utilizados na pesquisa, podem-se citar:

• Projeto Político Pedagógico do Curso de Sistemas de Informação: coletado no Portal Acadêmico da Unifei4 e serviu de base para a modelagem dos nós e relacionamentos para alimentar parcialmente o Banco de Dados. A grade curricular é a do ano de 2013, que é a grade vigente.

• Histórico dos alunos: históricos dos alunos ingressantes no primeiro semestre de 2013. As informações contidas nos históricos são, portanto, referentes ao primeiro semestre de 2013 até o segundo semestre de 2017. Os históricos foram coletados no Sistema Integrado de Gestão de Atividades Acadêmicas (SIGAA) da UNIFEI, em formato pdf. Foram coletados um total de 51 históricos. Dos históricos analisados, 04 alunos haviam concluído o curso, 04 estavam formando, 16 alunos haviam cancelado (11 desistências e 05 desligamentos) e 24 alunos se encontram com o status ativo. Essa turma foi escolhida por ser a primeira da grade 2013 e por ter alunos em todos os status: ativo, desligado, cancelado e formado.

3 O diagrama de Sankey é uma ferramenta utilizada na representação dos fluxos de entrada e saída de energia de qualquer equipamento ou sistema após ser feito o balanço energético. Este diagrama ilustra as diversas saídas e as perdas para que gestores da energia possam focar em encontrar e estipular prioridades nas melhorias (FILHO, A. M; RODRIGUES, M. A. T. Balanço Energético e Exergético de uma Pequena Central Termelétrica equipada com um Motor de Combustão Interna a Diesel. UFES: Vitoria, 2015). 4 Link para acesso do Projeto Político Pedagógico do Curso de Sistemas de Informação: https://sigaa.unifei.edu.br/sigaa/public/curso/ppp.jsf?lc=pt_BR&id=43969940

• Sistema de Gerenciador de Banco de Dados: SGBD Neo4j versão 1.0.20 para Windows 10 Pro.

• Linguagem de Programação PHP 7.2, HTML5 e CSS3 com auxílio do Framework de integração da linguagem com o Banco de Dados Neo4j (Neo4j-PHP-Client5 v.4.8.4).

3.2 Métodos A Figura 6 representa um fluxo simplificado dos métodos utilizados na construção do artigo e da aplicação com o Banco de Dados.

Os métodos utilizados foram Pesquisa Documental seguido da Pesquisa Bibliográfica. Oliveira (2007) diz que Pesquisa Documental se encontra bastante próxima da Pesquisa Bibliográfica. O que as diferencia é a natureza das fontes, ou seja, na pesquisa bibliográfica, concentra-se na contribuição de diversos autores pertinentes ao tema da pesquisa (fontes secundárias). Já a pesquisa documental faz uso de materiais que não passaram por qualquer tratamento analítico (fonte primária).

Na fase de análise efetuou-se a leitura do Projeto Político Pedagógico (PPP) do Curso de Sistemas de Informação a fim de compreender o estudo de caso a ser realizado. Ademais, partiu-se para estudo da estrutura do histórico acadêmico dos alunos do referido curso. Este momento permitiu uma melhor assimilação do cenário a ser estudado e posteriormente modelado. Com os dados interpretados e sintetizados, tendo como auxílio os conhecimentos adquiridos na pesquisa bibliográfica, as informações foram sintetizadas e relacionadas seguindo o modelo de Grafos e sua estrutura no Banco de Dados utilizado (Neo4j).

Figura 6. Fluxo de atividades realizadas na construção da aplicação e redação do artigo.

5 O repositório do Framework encontra-se em: https://github.com/graphaware/neo4j-php-client

3.2.1 Modelagem e Carga do Banco de Dados Com a escolha do SGBD e análise dos dados realizada, partiu-se para a modelagem que em banco de dados relacionais equivale à Modelagem Conceitual e Lógica. A Modelagem Conceitual seguiu modelo proposto em Pokorny (2017), denominado Graph C-schema em que o autor propôs uma modelagem conceitual de Banco de Dados Orientados a Grafos baseada no modelo de Entidade-Relacionamento de Banco de Dados Relacionais. A Figura 7 apresenta tal Modelagem Conceitual, e a Figura 8 a Modelagem Lógica do Banco, de acordo com a estrutura de modelagem e armazenamento dos dados do Neo4j. A modelagem foi baseada no relacionamento dos dados no PPP e no Histórico. As informações coletadas no PPP foram apenas referentes às disciplinas e seus relacionamentos (com os períodos e requisitos) – o Trabalho Final de Graduação (TFG) e Estágio Supervisionado (ES) foram tratados como Disciplinas Obrigatórias do Curso. As informações coletadas dos históricos dos alunos referem-se aquelas que relacionam o aluno ao Curso, Carga Horária e às Disciplinas, e dados pessoais como nome e matrícula do aluno (para identifica-lo no sistema).

Em associação ao que foi citado na seção 2.4, o nome das classes da figura 7 refere-se ao rótulo do nó. Os atributos referem-se às propriedades. O mesmo vale para os relacionamentos. Um aspecto importante de ser ressaltado é que o mesmo relacionamento entre dois nós pode ter várias instâncias. Então, no caso do relacionamento Cursou, ele modela as diversas vezes em que um aluno cursou uma disciplina, tendo ou não sucesso. As regras subjacentes, de que se o aluno foi aprovado, reprovado por falta ou por nota em determinada disciplina, são calculadas em tempo de execução, a partir da análise desses relacionamentos.

Os dados necessários para a persistência no banco de dados foram selecionados no PPP e nos históricos com base no que foi descrito na fase de modelagem. Os arquivos foram coletados no Formato Portátil de Documento (PDF) e foram manualmente extraídos. Em seguida, foram compilados em diversos documentos do tipo Comma-separated Values ou CSV, facilitando a importação para o banco de dados.

Os arquivos gerados foram:

• disciplinas_obrigatorias.csv e disciplinas_optativas.csv: arquivo que contém informações (Sigla, Nome da Disciplina, Período a que pertence) referentes às Disciplinas Obrigatórias e Optativas do Curso de Sistemas de Informação referentes à grade de 2013. Esses dados foram coletados do PPP.

• alunos.csv: arquivo contendo dados da Matrícula, Nome, Período de Ingresso e Status no Curso que foram colhidos do Histórico Acadêmico dos Alunos6.

• disciplinas_cursadas.csv: arquivo contendo dados referentes às matrículas, notas, sigla das disciplinas, situação dos alunos, sendo colhidos também do histórico acadêmico. Com os arquivos criados, estes foram armazenados no diretório import do próprio

banco de dados, direcionado especificamente para a importação dos dados.

6 Houve autorização do coordenador do curso de Sistemas de Informação da UNIFEI e do diretor do Instituto de Matemática e Computação para a coleta desses dados no SIGAA da Unifei, para fins puramente científicos e acadêmicos.

Figura 7. Modelagem Conceitual com base no modelo Graph C-schema proposto por Pokorny (2017)

Figura 8. Modelagem Lógica do Banco

Com o comando LOAD CSV do Neo4j foi possível importar os dados para o banco e relacioná-los ao mesmo tempo. O processo de importação dos dados segue o esquema explicitado por Brugger (2014) que consiste em: 1) formatar os dados em um arquivo csv, 2) criar os comandos para leitura dos arquivos, 3) execução dos comandos em Linguagem Cypher para criação dos nós e relacionamentos. 3.2.1.1 Testes de desempenho do banco de dados Utilizando o Apache jMeter em sua versão 4.0 juntamente com um driver de conexão do Neo4j em Java7 foram executados testes de performance do banco de dados. O jMeter é uma aplicação open source desenvolvida inteiramente em linguagem Java para testar desempenho e comportamento de aplicações hospedadas na Web, e foi expandido para outras aplicações. Ele mede desempenho de aplicações Web nas linguagens PHP, Java, ASP.NET e páginas estáticas; Web Services; FTP; banco de dados via JDBC; servidores de e-mail; scripts em linha de comando, entre outras8. Para a execução do teste, foi escolhida a consulta de maior extensão executada no banco. Os testes avaliaram o desempenho do banco (tempo de resposta) para o aumento do número de usuários com acesso concorrente ao banco (threads) e para o aumento de requisições concorrentes ao banco, considerando um número fixo de usuários. Os testes foram todos localhost, executados numa máquina com as seguintes configurações: Processador Intel Core i5-5200U CPU 2.20GHz, 8GB de Memória RAM instalada, Arquitetura x64 e Sistema Operacional Windows 10 Pro. 3.2.2 Desenvolvimento da Aplicação Destacando a importância dos sistemas de informações no contexto universitário, principalmente na tomada de decisão, foi proposta a criação de um sistema voltado para as informações da trajetória acadêmica dos alunos do Curso de Sistemas de Informação da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), nomeado Graphon Unifei. As informações coletadas referem-se estritamente à turma que iniciou os estudos no primeiro semestre do ano de 2013. O Sistema Graphon Unifei foi implementado utilizando a linguagem PHP (Hypertext Processor) e utiliza o Banco de Dados Orientado a Grafos Neo4j para o gerenciamento das informações.

O Sistema dá suporte a dois grupos de usuários: Aluno e Coordenador de Curso. Para cada grupo de usuário, foram desenvolvidas visões diferentes, contemplando informações específicas para o grupo. O aluno tem informações sobre sua trajetória no curso. Já a visão do coordenador é especialmente voltada para informações da turma em questão, tais como taxas de evasão e retenção.

Neste trabalho, a estrutura metodológica para o desenvolvimento da aplicação seguiu o que foi definido por Herzig et al. (2014). Os autores sugerem que projetos de gamificiação devem seguir quatro etapas que são detalhadas a seguir em conjunto com o resultado de sua execução. A) Modelo de Negócios e Requisitos do Sistema

Etapa na qual o contexto da aplicação é analisado e documentado. Nessa etapa foram identificados os requisitos funcionais, que podem ser listados:

7 O download do Driver pode ser feito em: https://github.com/neo4j/neo4j-java-driver/ 8 Fonte: Site oficial do Apache jMeter (https://jmeter.apache.org/).

[RF01] Manter Usuário: o sistema deve permitir o gerenciamento de dois níveis de usuário: Aluno e Coordenador de Curso. [RF02] Login de Usuário: o sistema deve permitir ao usuário login para acesso ao sistema. Os requisitos funcionais de três à sete são destinados ao usuário com perfil de aluno. [RF03] Visualizar situação no curso: o sistema deve permitir ao usuário a visualização de informações sobre sua situação no curso de forma gráfica e intuitiva com o uso de elementos de jogos. Situação no curso significa a carga horária já concluída pelo aluno e deverá ajudá-lo a se posicionar na sua trajetória acadêmica. [RF04] Visualizar desempenho em relação à turma: o sistema deve permitir ao usuário a visualização de um gráfico de barras com o seu desempenho em comparação à turma dada uma categoria de disciplinas, conforme descritas no [RF09]. [RF05] Visualizar próximos desafios: o sistema deve permitir ao usuário a visualização das disciplinas que ainda faltam serem cursadas e seus respectivos períodos, além de informar quais disciplinas o Aluno está apto para se matricular. Cada disciplina deve conter um elemento indicativo da dificuldade (calculada com base na média de reprovações) desta disciplina no curso. [RF06] Visualizar linha do tempo no curso: o sistema deve permitir ao usuário a visualização de uma linha do tempo com informações pertinentes a cada período que concluiu do curso. [RF07] Visualizar trajetória (progresso) no curso: o sistema deve permitir ao usuário a visualização de um grafo com informações da trajetória do aluno durante o curso, referenciando todos os períodos que ele cursou. Os requisitos funcionais de 8 a 10 são destinados ao usuário com perfil de orientador. [RF08] Visualizar represamento da turma: o sistema deve permitir ao usuário com perfil de Coordenador, a visualização de informações referentes ao represamento da turma no curso. A busca das informações deve ser feita por um formulário contendo dois tipos de opções de busca: Represamento Geral e Represamento em um Período específico. O represamento geral deve mostrar as 10 disciplinas com mais reprovações pela turma e o represamento por período específico deve mostrar as disciplinas do período e a quantidade de reprovações da turma. [RF08] Categorizar as Disciplinas por Área de Conhecimento: o sistema deve categorizar as disciplinas em quatro áreas de conhecimento: 1 – Matemática e Cálculo; 2- Administração, Redes, Teoria e Fundamentos; 3 – Algoritmos, Programação e Banco de Dados; 4 – Estágio Supervisionado e Trabalho Final de Graduação. [RF10] Visualizar represamento por área de conhecimento: o sistema deve permitir ao usuário com perfil de Coordenador, a visualização de informações referentes ao represamento da turma por área de conhecimento das disciplinas, conforme descritas no [RF09]. As informações devem ser mostradas por um gráfico de barras, no qual ao clicar na barra referente a uma das áreas, outro gráfico de barra aparecerá mostrando as disciplinas daquela área e sua quantidade de reprovações. O usuário ao clicar na barra de qualquer disciplina será encaminhado para um segundo

gráfico de linha mostrando as reprovações dessas disciplinas em cada período do curso. [RF11] Visualizar informações gerais: o sistema deve permitir ao usuário com perfil de Coordenador, a visualização de informações dispostas em formato de tabela e gráfico de pizza com os dados em porcentagem acerca dos perfis de aluno do curso (Concluído, Formando, Ativo e Cancelado). Para os alunos com perfil Ativo, mostrar a quantidade por percentual concluído do curso nos seguintes intervalos: <40%, ≥40% e <60%, ≥60% e <80%, ≥80% e <100%.

B) Design Etapa de desenvolvimento e teste do design da gamificação. Nessa etapa, já de posse dos requisitos funcionais, foi realizado a prototipagem do sistema com a construção de Moqups das telas, aprovação e/ou modificação das mesmas para a implementação. A ideia principal foi gamificar o trajeto do aluno no curso de graduação. Para tanto, o desenvolvimento da primeira versão dos elementos de jogos a serem utilizados foi iniciado a partir da Figura 9.

Para a definição dos elementos de Gamificação a serem empregados no estudo, foram feitas buscas em bases científicas como Portal da Capes, SciELO, Google Scholar e Springer com o objetivo de encontrar pesquisas e informações que utilizassem os elementos de Gamificação em aplicações práticas, principalmente envolvendo Banco de Dados Orientados a Grafos (CHOU, 2015; MARCZEWSKI, 2015; SEABORN e FELS, 2015; COSTA e STREIT, 2015; BUSSARELLO, ULBRICHT e FADEL, 2014; HERZIG, 2014; FERRO, WALZ e GREUTER, 2013; WERBACH e HUNTER, 2012; ZICHERMANN e CUNNINGHAM, 2011). Dentre os elementos de gamificação disponíveis, aqueles que mais tiveram aderência com a aplicação implementada foram: mecânicas de jogos - Desafios, Recompensas e Feedback; e Componentes - badges, conquista, trajetória, progresso, leaderboard. C) Implementação e atividades relacionadas: Etapa onde o projeto é implementado como artefatos de software e testado funcionalmente. Após a aprovação das telas, ocorreu a implementação destas utilizando a linguagem de programação PHP 7.2, HTML5 e CSS3. Essa etapa é detalhada na seção 3.2.1. D) Monitoramento e Adaptação: Etapa onde são medidas as metas de negócios. No caso do sistema, houve a validação do software pelos alunos e pela coordenação do curso através da aplicação de questionários (survey). Essa etapa é detalhada na seção 3.2.3.

Figura 9. Elementos de Jogos relacionados à Trajetória Acadêmica dos alunos do curso de Sistemas de Informação.

3.2.2.1 Arquitetura do Sistema O sistema basicamente apresenta três partes, no contexto da interação do usuário com perfil de aluno com a aplicação, ilustrados no Diagrama de Atividades da Figura 10. Para usuário com perfil de Coordenador, a figura 11 ilustra o Diagrama de atividades.

As atividades são, basicamente, interações com dashboards (painéis de visualização de dados) que auxiliem o aluno na sua trajetória acadêmica e ao coordenador de curso, a ter mais controle sobre os pontos de represamento daquela turma no curso. Neste trabalho, para representar os processos foram utilizados diagramas de atividades da UML. O diagrama de atividades é um elemento de modelagem simples, porém eficaz para descrever fluxo de trabalho. Neste diagrama, as atividades são situadas em raias de responsabilidade, representativas dos locais onde elas são executadas (DIAS, 2006). 3.2.3 Modelo de Avaliação O objetivo da aplicação desenvolvida neste trabalho foi melhorar a visualização da trajetória acadêmica do aluno por meio de uma interface que contém elementos de gamificação. Como já mencionado anteriormente, o objetivo não foi criar um jogo, mas sim um tipo de dashboard gamificado. Dessa forma, o modelo de avaliação utilizado foi baseado na aplicação de questionários (survey).

Segundo Pfleeger & Kitchenham (2001), a metodologia baseada em surveys não deve ser pautada apenas no instrumento em si, isto é, no questionário, mas deve ser um sistema amplo e completo de coleta de informações. As informações coletadas devem ser capazes de descrever, comparar ou explicar conhecimentos, atitudes e comportamentos. Dessa forma, o instrumento de pesquisa deve fazer parte de um processo maior de pesquisa com atividades claramente definidas.

Apesar de ser uma metodologia extremamente utilizada, democrática e fácil de ser aplicada, estudos apontam que questionários mal elaborados e mal aplicados acarretam resultados duvidosos. Entende-se como questionário mal elaborado aquele que apresenta questões tendenciosas, dúbias, e/ou sequencialmente mal posicionadas. Em termos da aplicação do questionário, algumas questões são levantadas, tais como: questões mal elaboradas em que o respondente fica em dúvida sobre a questão em si; quando aplicar o questionário, em especial quando o objetivo é comparar dois sistemas diferentes.

O instrumento questionário é composto por um conjunto ordenado de perguntas para uso em entrevistas com usuários, que as devem responder sem a interferência do avaliador/pesquisador. Para que tenham qualidade e coerência, as perguntas propostas devem estar associadas diretamente com o problema e os objetivos da pesquisa; as hipóteses da pesquisa; a população a ser pesquisada e aos métodos de análise de dados escolhidos e/ou disponíveis (CHAGAS, 2000). Com base no exposto acima, foram desenvolvidos questionários para a coleta de dados de alunos e do coordenador do curso, de forma a conseguir avaliar a aplicação desenvolvida sob o aspecto dos dois públicos-alvo previamente definidos.

Figura 10. Diagrama de Atividades da interação do usuário com perfil de Aluno com o Sistema Graphon Unifei

Figura 11. Diagrama de Atividades da interação do usuário com perfil de Coordenador com o Sistema Graphon Unifei

3.2.3.1 Modelo de Avaliação para Alunos Para a visão do aluno, foram desenvolvidos dois questionários. O primeiro, chamado de Questionário de Utilidade, objetivou verificar a funcionalidade da aplicação desenvolvida, comparada com o sistema de informações acadêmicas atual da Unifei, o SIGAA. Esse foi um questionário composto por seis perguntas abertas. Todas as questões envolviam perguntas do tipo “Você é capaz de saber a informação xxx utilizando o sistema y?”. Esse questionário foi aplicado aos alunos da turma cujos dados foram utilizados no estudo de caso desse trabalho. Os alunos eram instruídos a responder as perguntas utilizando apenas o SIGAA e, caso quisessem, o Projeto Político Pedagógico. Posteriormente, os mesmos alunos eram apresentados à aplicação desenvolvida (Graphon Unifei) e o mesmo questionário era aplicado novamente.

Após responder ao Questionário de Utilidade utilizando o SIGAA e o Graphon Unifei, o usuário era então convidado a responder o Questionário de Avaliação da Aplicação. Esse segundo questionário teve caráter quantitativo, composto por 17 perguntas de respostas fechadas, com escala Likert de cinco pontos: 1 – Discordo Totalmente, 2 – Discordo Parcialmente, 3 – Indiferente, 4 – Concordo Parcialmente, 5 – Concordo Totalmente. Havia ainda uma pergunta para resposta aberta, onde o usuário pôde dizer sua impressão geral sobre o Graphon Unifei.

As questões fechadas do Questionário de Avaliação da Aplicação trataram de avaliar como os elementos de Gamificação utilizados na aplicação afetaram os alunos ao visualizarem suas informações acadêmicas. Para tanto, as questões fechadas foram divididas nas seguintes categorias:

• Geral: trata principalmente de saber do usuário se a interface estava compatível com a finalidade para a qual foi desenhada.

• Usabilidade: trata a usabilidade da interface (cores, ícones, etc.)

• Visualização da Informação: Para compor essa categoria do questionário, o trabalho de Lam et al (2012) foi utilizado como referência. Para os autores, dependendo do cenário onde as técnicas de visualização da informação estiverem inseridas, diferentes métodos de avaliação devem ser utilizados. No caso deste trabalho, o cenário indicado por Lam et al (2012) que mais se aproximou dos objetivos aqui propostos foi o CTV, sigla do inglês para evaluating communication through visualization. Segundo a referência citada, as avaliações no grupo CTV estudam se e como a comunicação pode ser suportada pela visualização. Entende-se por comunicação, aspectos como aprendizado, ensino e apresentação de ideias, bem como ao consumo casual de informações visuais, como em exibições de ambiente. Neste caso, as visualizações avaliadas têm a finalidade de transmitir uma mensagem a uma ou mais pessoas, em contraste com a segmentação ou a exploração de dados focados. As questões podem ser qualitativas ou quantitativas e dizem respeito à qualidade com que a informação é adquirida e às modalidades com as quais as pessoas interagem com as visualizações (Lam et al, 2012).

• Estado de Fluxo: Essa categoria teve objetivo de avaliar se, no contexto da aplicação, que não é um jogo, algumas características do estado de fluxo (CSIKSZENTMIHALYI, 1990) foram alcançadas. O estado de fluxo é um estado mental onde se está totalmente envolvido na atividade em sensação prazerosa.

Quando as pessoas alcançam o estado de fluxo, elas exibem intensa concentração e um forte senso de controle (MARINS, 2013). Para tanto, a categoria foi dividida em três subcategorias:

o Feedback imediato quanto ao desempenho no que está sendo feito: trata de mostrar ao aluno o desempenho por ele alcançado a cada semestre.

o Equilíbrio entre oportunidades de ação (desafios) e capacidade de agir (habilidades): trata de mostrar ao aluno as componentes por ele já cursadas e aprovadas e aquelas que ele ainda precisa cursar.

o Senso de controle sobre a atividade: trata de situar o aluno na sua trajetória, auxiliando em suas tomadas de decisão.

• Funcionalidade / Utilidade: Nessa categoria, o usuário foi questionado diretamente se ele achou mais fácil responder as questões do Questionário de Utilidade utilizando o Graphon Unifei do que utilizando o SIGAA. Os questionários completos estão apresentados nos apêndices 1 e 2.

3.2.3.2 Modelo de Avaliação para o Coordenador de Curso Para a visão do coordenador de curso, foi desenvolvido um questionário, o qual avaliou a utilidade do sistema Graphon Unifei sobre as funcionalidades do SIGAA. Esse questionário teve caráter quantitativo, composto por 13 perguntas de respostas fechadas, com escala Likert de cinco pontos: 1 – Discordo Totalmente, 2 – Discordo Parcialmente, 3 – Indiferente, 4 – Concordo Parcialmente, 5 – Concordo Totalmente. Havia ainda uma pergunta para resposta aberta, onde o usuário pôde dizer sua impressão geral sobre o Graphon Unifei.

As questões fechadas do Questionário de Avaliação da Aplicação para o coordenador do curso trataram de avaliar como as informações visualizadas contribuiriam na tomada de decisão acerca das retenções de uma determinada turma no curso, bem como o perfil dos alunos daquela mesma turma. Ressalta-se que o conceito de turma utilizado pelo Graphon Unifei é diferente do utilizado pelo SIGAA, sendo que o primeiro se refere estritamente à turma ingressante a um dado período e, o segundo, se refere à turma de uma disciplina que pode ser composta por alunos ingressantes de diversos períodos. Tal abordagem utilizada pelo Graphon Unifei permite uma visualização fidedigna do perfil de uma turma em um conjunto de disciplinas, por exemplo.

O questionário completo encontra-se no apêndice 3.

4. Apresentação da Solução Implementada – Graphon Unifei Essa seção apresenta uma visão geral da aplicação desenvolvida, tanto pela visão do Aluno, quanto do Coordenador de Curso, destacando os elementos de gamificação inseridos nas principais telas e funcionalidades da aplicação, de forma a responder os requisitos previamente avaliados na seção 3.2.2.

Como dito anteriormente, o sistema Graphon Unifei dá suporte a dois grupos de usuários: Aluno e Coordenador de Curso. Para cada grupo de usuário, foram desenvolvidas visões diferentes, que serão apresentadas a seguir, começando pelo Aluno.

4.2 Interface do Aluno Essa seção apresenta as funcionalidades implementadas para o perfil aluno. Ao entrar na aplicação, o usuário tem acesso ao seu perfil, com informações básicas e opções de menu (figura 12).

Nesta tela, o elemento de gamificação utilizado foi o componente avatar. Os componentes associam os elementos de jogos com as informações em aplicações gamificadas (BERNDT, 2017; JUNIOR e BRANCHER, 2107). A utilização de avatares (figuras gráficas) para os distintos perfis de usuários permite uma maior interação do usuário com a aplicação gamificada. Foram utilizados quatro tipos distintos de avatares. Dois para representar o gênero do usuário (masculino e feminino). E outros dois para representar o perfil do usuário (coordenador do curso e aluno), em seus respectivos gêneros (figura 13).

Figura 12. Tela inicial da interface do aluno, apresentando dados básicos do aluno, como matrícula e sua situação no curso e as opções de menu.

Ao escolher o menu “Situação do Aluno” da figura 12, o aluno é direcionado para a tela apresentada na figura 14. Essa tela implementa os requisitos funcionais [RF03] e [RF04]. O objetivo dessa tela é dar um panorama geral da situação do aluno, de forma a ajudá-lo a se posicionar na sua trajetória. A tela é, na verdade, um dashboard que retrata a situação atual do aluno. Foram utilizados diversos elementos de gamificação, conforme descritos a seguir.

(a)

(b)

(e)

(d)

Figura 13. Avatares para os distintos perfis e gêneros de usuários. (a) Aluno do gênero masculino; (b) Aluno do gênero feminino; (c) Coordenador de Curso do gênero masculino; (d) Coordenador de Curso do gênero feminino

Na figura 14a, os períodos do curso, que para Sistemas de Informação da Unifei, totalizam 8, são apresentados como Badges, em forma de moedas. Cada moeda representa todas as componentes curriculares associadas àquele determinado período, conforme descrito no Projeto Político Pedagógico do Curso. Caso o aluno tenha cumprido todas as componentes ele ganha uma badge de ouro, caso contrário, uma badge de prata. O Trabalho Final de Graduação e o Estágio Supervisionado, assim como todas as disciplinas não obrigatórias foram agrupadas no período 8. No exemplo dado na figura 14a, o aluno ainda não completou as componentes dos períodos 3 e 8.

A informação apresentada na figura 14a é detalhada na figura 15. Considera-se que essa informação tem papel fundamental em ajudar o aluno a se posicionar na sua trajetória escolar, em especial aqueles que tiveram muitas reprovações e que acabam perdendo esse controle, como demonstrado na figura 15. No SIGAA o aluno tem acesso apenas à informação de quais disciplinas ele ainda precisa cumprir, sem detalhar o período que ela é ofertada (Figura 16). Para tanto, o aluno precisa do auxílio do PPP. Conhecer o período do curso que ela é ofertada ajuda o aluno a se programar para cumpri-las.

A figura 14b apresenta uma barra de progresso do aluno, que permite quantificar o quanto da carga horária do curso o aluno integralizou. Tendo conhecimento do quanto concluiu e de posse do feedback de sua situação, o aluno pode se sentir motivado a completar tal carga horária restante do curso. Brito (2017) diz que o aluno às vezes apresenta problemas em visualizar o quanto ele já progrediu no decorrer do curso, e esse elemento ilustra uma estrutura de progressão que possibilita uma comparação do quanto ele já concluiu em relação a um total determinado. A figura 17a detalha a informação da figura 14b. Essa informação é apresentada no SIGAA, mas sem utilizar o elemento de gamificação.

Na figura 14c, a componente leaderboard foi utilizada para mostrar ao aluno sua situação dentro de algumas áreas de concentração do curso, implementando o requisito funcional [RF04]. O gráfico apresentado é ordenado pela média das notas do aluno nas disciplinas que compõem as áreas de concentração. Neste mesmo gráfico o aluno tem acesso à média da turma dele naquela área de concentração. Dentro do contexto da aplicação, ao utilizar essa forma de representação, o aluno visualiza seu rendimento em um grupo de disciplinas, a partir de habilidades conquistadas, isto é, disciplinas já cursadas com aprovação; e não focando somente em uma nota obtida. Para gerar esse gráfico, considerou-se, portanto, apenas a nota de aprovação do aluno naquela disciplina, desconsiderando as vezes que ele eventualmente cursou a disciplina sem ser aprovado.

Os detalhes da figura 14c são apresentados na figura 18. Partindo do pressuposto de que se o aluno tira as melhores notas em determinada área de concentração, significa que ele tem mais interesse naquela área, o objetivo é, portanto, ajudá-lo a verificar quantitativamente a área que ele tem mais habilidade. Isso também opera o motivador de Desenvolvimento e Realização (por meio da conquista de habilidades) e de Significado Épico e Vocação (o conhecimento está sendo moldado por meio de habilidades que apresentam uma relação entre si, e podem até estar relacionadas com outras disciplinas do curso) (BRITO, 2017; CHOU, 2015). A visualização em relação à turma permite ao aluno saber o quão longe da média da turma ele ficou, o que também pode funcionar como motivação para o aluno.

Figura 14. Situação do Aluno no sistema Graphon Unifei

a) b)

c)

d) e)

Figura 15. Badges conquistadas por um aluno depois de cumprir todas as componentes curriculares do período do curso.

Figura 16. Informação no SIGAA dos componentes obrigatórios que o aluno da Figura 15 precisa concluir.

(a)

(b)

Figura 17. Informação da Carga Horária Integralizada de um mesmo aluno. (a) Informação mostrada pelo Graphon Unifei; (b) Informação mostrada pelo SIGAA

Figura 18. Gráfico que ilustra a componente leaderboad, ranqueando o aluno em áreas de concentração do curso e mostrando seu desempenho em relação à turma.

O SIGAA apresenta uma tela de comparação do rendimento do aluno com a turma que cursou uma dada disciplina. Mas a referida aplicação compara a nota do o aluno com os demais alunos que cursaram a disciplina em um período, englobando alunos de outras turmas que não são a qual o aluno de fato ingressou.

Na figura 14d, as conquistas do aluno são apresentadas. Consideram-se conquistas todas as componentes cursadas com sucesso. As conquistas são apresentadas ordenadas primeiramente pela nota do aluno na disciplina. Apresenta-se também a média da turma, para que o aluno tenha uma referência. Ao ser recompensado pelas suas conquistas, o aluno pode se sentir motivado no cumprimento de suas atividades na vida acadêmica. No sistema, as recompensas pelas conquistas são moedas que o aluno ganha referente ao seu desempenho em uma disciplina comparado com o rendimento da turma em geral. Existem três tipos de recompensas: Moeda de Ouro, indica que a nota do aluno se encontra acima de 10% da média geral da sala naquela Disciplina; Moeda de Prata, para indicar que que a nota do aluno está em um limite inferior e superior de 10% naquela Disciplina, e Moeda de Bronze indicando que a nota é menor que 10% da média da turma daquela Disciplina. Caso um aluno tenha cursado uma disciplina mais de uma vez, a nota da qual ele foi reprovado, também integra o cálculo da média, já que no SIGAA, as notas oriundas de reprovações também são incluídas para o cálculo de índices acadêmicos, não sendo desconsideradas (como por exemplo, a Média de Conclusão). A Figura 19 ilustra as recompensas do aluno no sistema.

As conquistas do aluno são apresentadas pelo SIGAA a partir do seu histórico escolar. No entanto, como documento, o histórico apresenta as informações por período. Se o aluno cursou várias vezes a mesma componente, sem sucesso, existe uma dificuldade de saber quando ele foi aprovado e qual sua nota final (Figura 20).

Figura 19. Recompensas do Aluno visualizadas no Graphon Unifei

Figura 20. Informações de aprovação e reprovação do aluno no histórico escolar

Finalmente, a figura 14e apresenta a mesma informação da figura 14b, isto é, o quanto o aluno já cumpriu da carga horário exigida pelo curso para se formar. No entanto, na figura 14e, a informação é apresentada não como uma barra de progresso, mas em porcentagem de conclusão, dando um feedback ao aluno sobre sua situação no curso. Feedbacks são indicativos que informam o aluno sobre a sua situação atual no curso, buscando orientar a tomada de decisão em sua jornada. Para tanto, foram utilizados ícones animados de jogos. Visto que em alguns casos, o feedback pode não mostrar uma resposta positiva, foram acrescentadas mensagens com teor de incentivo como o intuito de favorecer o engajamento do aluno e motivá-lo a seguir em sua trajetória. A Figura 21 retrata os elementos de feedback de acordo com a porcentagem concluída do aluno no curso. Foram definidos cinco intervalos de classes: [0 a 40%] , ]40 a 60%], ]60 a 80%], ]80 a 100%[ e [100%]. Lembrando que tal intervalo é válido para alunos que já cursaram no mínimo dois anos do curso, o que equivale a 50% de conclusão, sendo que se ele ainda não integralizou 40%, o estado de alerta é ativado. (a) (b) (c) (d) (e)

Figura 21. Janela do Sistema mostrando o feedback da situação aluno. (a) Caso o aluno ainda não tenha atingido 40% de conclusão do curso; (b) Caso o aluno tenha concluído de 40 a 60% do curso; (c) Caso o aluno tenha concluído de 60 a 80% do curso; (c) Caso o aluno tenha concluído de 80 a 100% do curso e (d) Caso o aluno tenha concluído 100% do curso.

Figura 22. Timeline do Aluno vista no sistema Graphon Unifei

Ao escolher o menu “Timeline” na figura 12, o aluno é direcionado para a tela ilustrada na figura 22, que implementa o requisito funcional [RF06]. Considerado como um dos elementos principais da gamificação, a timeline tem como objetivo mostrar onde o ‘jogador’ está dentro do objetivo proposto e o quanto falta para conquista-lo. Essa componente implementa, de forma gráfica, as informações apresentadas no histórico escolar do aluno, na seção “Componentes Curriculares Cursados/Cursando”. Optou-se por implementar apenas as componentes já cursadas. Para cada período, então, há uma listagem das disciplinas cursadas pelo aluno e se houve ou não sucesso. Para cada disciplina cursada, apresenta-se ainda a nota do aluno e sua situação: aprovado, reprovado ou trancado. Cada uma dessas situações tem uma sinalização diferente feita por meio de emoticons. A figura 23 mostra o detalhamento de um período da timeline de um aluno. Períodos letivos trancados não são apresentados na timeline.

Figura 23. Timeline do Aluno em um período específico no sistema Graphon Unifei.

As visualizações apresentadas para o aluno nos menus “Situação no Jogo” e “Timeline” dão a ele a visão daquilo que já foi concluído. Acessando o menu “Próximas Fases” da figura 12, o aluno é direcionado para a tela apresentada na figura 24, que implementa o requisito funcional [RF05]. Nesse dashboard, o aluno tem acesso aos chamados desafios, que são as componentes que ele ainda deve cursar. A tela foi dividida em duas partes: “Disciplinas aptas a se Matricular” e “Próximos Desafios”. A diferença entre ambas é que a primeira mostra quais disciplinas de fato o aluno pode se matricular (visto que há disciplinas em que os requisitos ainda não foram cursados ou aprovados, então não irão estar habilitadas para matrícula); e a segunda quais ainda de fato precisam ser cursadas.

No painel, as disciplinas são ranqueadas por nível de dificuldade, baseada na taxa de retenção da turma naquela disciplina. O ranking é da disciplina mais difícil para a mais fácil. Existem três níveis de dificuldade: Alta, se a disciplina apresenta uma taxa superior a 80% de reprovações na turma; Média, se a disciplina apresenta uma taxa de reprovação no intervalo superior a 40% e igual ou menor que 60% de reprovações pela turma; e

Baixa, caso a taxa de reprovação da turma na disciplina é inferior a 40%. Além disso, é informado a qual período do curso ela pertence. Um recurso de gamificação utilizado foi o emprego de emoticons para assinalar a dificuldade que aquela disciplina apresenta. Não foram considerados os períodos letivos em que a mesma disciplina é ofertada em outros cursos (como COM231 – Banco de Dados II, que é ofertada em período ímpar para o curso de Sistemas de Informação e período par para o curso de Ciência da Computação).

Na primeira parte do painel (Disciplinas aptas a se Matricular - figura 24a), o aluno tem acesso às disciplinas que ele está apto a se matricular nos próximos dois períodos letivos. Esse painel foi construído da seguinte forma: para cada disciplina que o aluno ainda precisa cursar, avaliou-se se ele tem todos os pré-requisitos necessários e se a disciplina é ofertada nos próximos períodos. No caso do exemplo apresentado na figura 24a, os próximos períodos seriam o 2018/1, que é um período ímpar, onde há oferta das disciplinas dos períodos 1, 3, 5 e 7; e o 2018/2, que é um período par, onde há oferta das disciplinas dos períodos 2, 4, 6 e 8. Vale ressaltar que a consulta é feita com base nas informações disponíveis até o semestre 2017/2. Então, caso curse alguma disciplina em 2018/1 que é pré-requisito para alguma ofertada em 2018/2, as informações de 2018/2 sofrerão modificações.

Na segunda parte do painel (Próximos Desafios - figura 24b) são apresentadas ao aluno todas as componentes curriculares que ele ainda precisa cursar, os períodos do curso a que elas pertencem, ranqueadas pelo nível de dificuldade.

O objetivo com esse painel foi auxiliar o aluno na tomada de decisão sobre quais disciplinas cursar nos próximos períodos e também se preparar melhor para cursar aquelas que já são sabidamente consideradas mais difíceis, considerando o critério aqui utilizado. As informações apresentadas nesse painel complementam àquelas da figura 14a. No histórico escolar, essas informações são apresentadas na seção “Componentes Curriculares Obrigatórios Pendentes”. Mas, como já mencionado, o aluno precisa do auxílio do PPP para saber quais são os pré-requisitos necessários e em qual período do curso a disciplina é ofertada.

A última opção de menu para o aluno (figura 12) é o menu “trajetória”, onde um grafo mostrando a trajetória do aluno e seus relacionamentos com os elementos do curso, o colocam em um ponto central com todas as ramificações partindo dele. A figura 25 ilustra essa informação, que implementa o requisito funcional [RF07].

Figura 24. Próximos Desafios do aluno vistos no sistema Graphon Unifei. (a) Disciplinas em que o aluno está apto a se matricular. (b) Disciplinas que ainda faltam para o aluno cursar.

a)

b)

Figura 25. Grafo mostrando a trajetória do Aluno no Curso em todos os Períodos que ele cursou.

A próxima seção apresenta as funcionalidades implementadas para o perfil do coordenador do curso. Apesar de não ter sido objeto de estudo desde o começo, a implementação da interface do coordenador surgiu como uma forma de otimizar o consumo dos dados oriundos do PPP e dos históricos dos alunos. Além disso, pretende-se dar ao coordenador uma visão diferente daquela dada pelo SIGAA, ajudando-o a conhecer melhor o perfil de uma turma e, consequentemente, ajudando-o a tomar melhores decisões na gestão do curso.

4.2 Interface do Coordenador de curso Essa seção apresenta as funcionalidades implementadas para o perfil coordenador de curso. Ao entrar na aplicação, o usuário tem acesso ao seu perfil, com informações básicas e opções de menu (Figura 26).

Nesta tela, pode-se perceber que o único elemento de gamificação utilizado foi o componente avatar. A apresentação das informações foi feita utilizando elementos como Gráficos e Tabela na representação das informações. Um aspecto importante é que todos os dados se referem à turma de ingressantes de um determinado ano. Ou seja, as informações visualizadas pelo coordenador de curso não caracterizam o curso, ou a disciplina, mas o desempenho de uma determinada turma ingressante.

Ao escolher a opção de “Represamento Geral”, conforme definido no [RF08], o coordenador tem à sua disposição um painel com informações referentes às reprovações dos alunos nas disciplinas. Quando o aluno reprova em uma disciplina, sua progressão é afetada, levando ao atraso e/ou abandono do curso. O conceito de represamento aqui é no sentido de mostrar as disciplinas que mais reprovam, isto é, retém os alunos na sua trajetória escolar. O painel apresentado ao coordenador é ilustrado na figura 27.

Na caixa de seleção, ao escolher a opção 'Todos os Períodos', as dez disciplinas do curso com mais reprovações pela turma são apresentadas, conforme figura 28. Caso o coordenador escolha algum dos oito períodos listados, será apresentado para ele o total de reprovações em todas as disciplinas que compõem aquele período (figura 29).

Conhecer os pontos de represamento da turma ajuda o coordenador a reconhecer o perfil da mesma e atuar de forma mais individualizada. Como dito anteriormente, a reprovação atrapalha a trajetória escolar do aluno. Somado a isso, muitas vezes em função das reprovações, o aluno deixa de cursar disciplinas com sua turma. Esse é um ponto negativo, uma vez que a turma de ingressantes tende a ter uma identidade, ou uma unidade, que se perde com as reprovações.

Essa tese é reforçada por Andriola (2009), que afirma que uma das causas da evasão dos alunos na universidade vem de problemas causados pela falta de integração com o ambiente acadêmico e social da instituição.

Figura 26. Tela inicial da interface do coordenador

Figura 27. Formulário para busca do represamento da turma.

Figura 28. Resultado da busca por represamento geral da turma

Figura 29. Resultado da busca pelo represamento por período da turma

Ao escolher a opção de “Represamento por Grupos de Disciplinas”, conforme

definido no [RF10], o coordenador visualiza um gráfico de barras contendo a quantidade de reprovações da turma por área de conhecimento (Figura 30). Ao clicar em qualquer uma das categorias, um novo gráfico de barras é apresentado com a distribuição do total dessas reprovações da turma por disciplinas que compõem aquela área de conhecimento (Figura 31). Quando o coordenador quer conhecer a distribuição de reprovações de uma das disciplinas da Figura 31, é possível clicar na barra correspondente e um gráfico de linhas apresenta a distribuição das reprovações por períodos (Figura 32).

Ao escolher o menu “Alunos por Status” na figura 26, conforme definido no [RF11], o coordenador tem à sua disposição gráficos em formato de pizza e tabelas que quantificam os alunos da turma por status no curso.

A figura 33 ilustra esse gráfico para a turma de ingressantes no curso de Sistemas de Informação no ano de 2013. Os status seguem conforme definidos no histórico acadêmico.

Figura 30. Represamento da Turma por Área de Conhecimento

Figura 31. Distribuição das reprovações de uma área de conhecimento

Figura 32. Distribuição das reprovações de uma disciplina ao longo dos períodos

Figura 33. Categorização em porcentagem dos alunos ingressantes de 2013 por status

A figura 34 ilustra o gráfico para os alunos ainda ativos por porcentagem já concluída do curso pertencentes à turma ingressante de 2013.

Figura 34. Contabilização dos alunos ativos por porcentagem já integralizada do curso

A informação disposta neste painel (figuras 33 e 34) tem como objetivo auxiliar o coordenador de curso a visualizar condições que eventualmente necessitem de intervenção. O gráfico da figura 33, por exemplo, ilustra que aproximadamente 58% dos alunos da turma ingressante do ano de 2013, que deveriam ter concluído o curso no final do ano de 2016, ainda não o fizeram.

Complementando essa informação, os dados da figura 34 podem apresentar ao coordenador de curso certos alertas como, por exemplo, da turma de ingressantes de 2013, ainda existem 4 (14.29%) alunos que não cumpriram 40% da sua carga horária. Esses alunos apresentam perfil de jubilamento e o coordenador pode alertá-los.

Essa informação é mostrada ao coordenador de curso no SIGAA por meio de uma matriz, como ilustra a figura 35.

Figura 35. Matriz de alunos Ativos

5 Resultados e Discussão Esta seção apresenta os resultados e principais discussões obtidas com a implementação da solução Graphon Unifei, tanto em relação ao mecanismo de persistência utilizado, quanto à sua interface. A seção 5.1 apresenta os principais resultados para o desempenho do banco de dados. A seção 5.2 apresenta os principais resultados para a interface implementada. 5.1 Desempenho do Banco de Dados No total, foram inseridos no banco as informações dos históricos de 51 alunos, considerando os períodos desde seu ingresso (2013/1) até o período letivo 2017/2. Além disso, foram inseridas todas as informações de disciplinas do PPP. Desta forma, o banco implementado possui 227 nós e 1831 relacionamentos, ocupando um espaço de 1,58MB em disco.

Os testes de desempenho foram feitos utilizando o jMeter. A consulta mais pesada do banco foi aquela referente ao requisito funcional [RF05] - Visualizar próximos desafios, em especial, as disciplinas aptas para se matricular. A consulta, utilizando a linguagem Cypher é apresentada na figura 36.

Figura 36. Consulta utilizada no teste de desempenho

A partir dessa consulta, os testes de desempenho foram realizados em duas etapas: na primeira, o objetivo foi verificar a quantidade máxima de threads que o banco consegue aceitar de forma concorrente. Na segunda etapa, desejou-se conhecer a quantidade máxima de requisições suportada pelo banco, fixando em 100 a quantidade de usuários. 5.1.2 Tempo de Resposta x Número de Usuários

A tabela 1 e o gráfico da figura 37 apresentam os resultados do teste para a quantidade máxima de threads. Neste teste, o número de requisições por usuário foi fixado em 1, a quantidade de repetições (loops) fixa em 50 e a quantidade de usuários (threads) foi variando.

Tabela 1. Resultado do Tempo de Resposta (s) para uma quantidade variável de usuários

Número de Usuários Tempo de Resposta (s) 1 0,042 10 0,057 25 0,044 50 0,185 75 0,411 100 0,528 200 1,538 250 1,931 400 3,099 500 3,336 600 4,040 650 4,791

Figura 37. Gráfico de desempenho do Neo4J para a solução desenvolvida. No eixo x, a quantidade de usuários (threads). No eixo y, o tempo de resposta do SGBD em segundos.

Pode-se perceber que para os primeiros 25 usuários, não há muita variação no tempo de resposta. A partir de 50 (cinquenta) usuários o valor tende a crescer linearmente

antes de apresentar erros relacionados à perda de pacotes nas respostas. Nos testes foi possível perceber que para uma quantidade acima de 700 (setecentos) usuários o banco tende a apresentar diversas falhas, perdendo quase que totalmente os pacotes.

5.1.2 Tempo de Resposta x Número de Requisições

Para este teste, o número de usuários foi fixado em 100 e a quantidade de requisições foi variando. Os resultados podem ser vistos na tabela 2 e gráfico (Figura 38):

Tabela 2. Resultado do Tempo de Resposta (ms) para uma quantidade variável de requisições e quantidade fixa de 100 usuários

Número de Requisições Tempo de Resposta (s) 10 1,250 100 1,353 500 1,440 1000 1,476 5000 1,512 10000 1,562 50000 1,602 100000 1,663

Figura 38. Gráfico de desempenho do Neo4J para a solução desenvolvida. No eixo x, a quantidade de requisições. No eixo y, o tempo de resposta do SGBD em segundos.

Pode-se perceber que há um crescimento linear de tempo de resposta entre 10 e 100 requisições. Após 1000 requisições, o tempo de resposta tende a se estabilizar, crescendo em uma razão pequena. 5.2 Avaliação da Aplicação – Interface do Aluno A avaliação foi feita por meio de questionários e realizada com 12 alunos da turma ingressante de 2013 que ainda estavam ativos no curso de Sistemas de Informação da Universidade Federal de Itajubá. Dentre os alunos que participaram da pesquisa, 16% estão entre 40% a 60% de conclusão, 34% estão entre 60% e 80% de conclusão e 50% estão com porcentagem de conclusão superior a 80%.

A metodologia para aplicação dos questionários seguiu o esquema da Figura 39. Primeiro o questionário de utilidade foi aplicado aos alunos para que eles respondessem questões abertas utilizando apenas o SIGAA. Posteriormente, todos os alunos envolvidos no processo de avaliação tiveram uma apresentação prévia do Graphon Unifei, para o conhecimento de suas funcionalidades e a justificativa do porquê estariam fazendo este teste. Depois de interagir um pouco com o Graphon Unifei, o mesmo questionário de utilidade foi aplicado. No final, o questionário de avaliação foi aplicado, com questões fechadas seguindo a escala de Likert.

Após a coleta dos dados por meio dos questionários, passou-se para a etapa de análise e discussão dos resultados, detalhados nas próximas seções.

Figura 39 – Esquema dos passos realizados na avaliação das aplicações

5.2.1 Questionário de Utilidade Nesta seção serão apresentados os resultados referentes ao questionário de utilidade. As perguntas deveriam ser respondidas com ‘SIM’ ou ‘NÃO’ e pretendiam testar as principais funcionalidades implementadas. As análises comparam as respostas dos usuários utilizando os dois sistemas, SIGAA e Graphon Unifei. Nas perguntas transcritas abaixo, onde está escrito ‘aplicação’, nos questionários aplicados foi substituído primeiro por SIGAA e depois por Graphon Unifei. O gráfico da figura 40 categoriza o total em porcentagem de cada resposta dada na questão em relação à aplicação Graphon Unifei e ao SIGAA.

Na questão 1 (relacionada ao [RF05]): “Fora do período de matrícula, é possível saber quais possíveis disciplinas você poderá se matricular no próximo semestre utilizando aplicação? E no semestre seguinte?” 100% dos usuários responderam ‘sim’ utilizando o Graphon Unifei e 100% dos usuários responderam ‘não’ utilizando o SIGAA. Diante disso, para a amostra analisada, pode-se dizer que o Graphon Unifei possibilita ao aluno visualizar com detalhes quais disciplinas ele ainda precisa completar e qual período elas estão relacionadas. Esse era um objetivo da aplicação, definido como requisito funcional e conclui-se que ele foi cumprido com sucesso. No contexto da aplicação, essa informação ajuda o aluno a tomar decisão sobre as próximas etapas que precisam ser cumpridas.

Na questão 2 (relacionada ao [RF06]): “Utilizando a aplicação você consegue saber de quais períodos são as disciplinas que ainda faltam ser cursadas por você?”, 100% dos usuários responderam ‘sim’ utilizando o Graphon Unifei e 16% utilizando o SIGAA. Diante disso, para a amostra analisada, pode-se dizer que o Graphon Unifei facilita a visualização dos períodos do curso a que pertence as disciplinas que ainda faltam ser concluídas. Acredita-se que essa informação também contribui para a tomada de decisão do aluno sobre as próximas etapas a serem cumpridas na trajetória acadêmica.

Na questão 3 (relacionada ao [RF03]): “Utilizando a aplicação você sabe em quais disciplinas seu desempenho foi melhor do que o da sua turma?”, 100% dos usuários responderam ‘sim’ utilizando o Graphon Unifei e 100% responderam ‘não’ utilizando o SIGAA. Diante disso, para a amostra analisada, pode-se dizer que o Graphon Unifei foi mais eficaz que o SIGAA no quesito visualização dos desempenhos referentes às disciplinas cursadas em comparação com a turma. Essa informação foi adicionada ao Graphon Unifei com o intuito de motivar o aluno e ajuda-lo a perceber suas deficiências acadêmicas.

Na questão 4 (relacionada ao [RF03]): “Utilizando a aplicação, você sabe qual período cursado você teve o melhor desempenho?”, 100% dos usuários responderam ‘sim’ utilizando o Graphon Unifei e 33% utilizando o SIGAA. Diante disso, para a amostra analisada, pode-se dizer que o Graphon Unifei foi mais eficaz que o SIGAA para comunicar ao aluno o período em que ele obteve melhor desempenho acadêmico até então.

Na questão 5 (relacionada ao [RF03]): “Utilizando a aplicação você sabe qual sua carga horária já integralizada?”, 100% dos usuários responderam ‘sim’ utilizando o Graphon Unifei e o SIGAA. Diante disso, para a amostra analisada, pode-se dizer que tanto o Graphon Unifei como o SIGAA conseguem mostrar para o aluno o total de horas que ele já integralizou no curso.

Na questão 6 (relacionada ao [RF03]): “Utilizando a aplicação você consegue saber quais períodos você já conseguiu finalizar todas as componentes curriculares?”, 100% dos usuários responderam ‘sim’ utilizando o Graphon Unifei e 100% dos usuários responderam ‘não’ utilizando o SIGAA. Diante disso, para a amostra analisada, pode-se dizer que o Graphon Unifei foi muito eficaz para posicionar o aluno no curso, considerando que essa informação o ajuda a saber quais partes da trajetória ainda estão em aberto.

Figura 40 – Gráfico referente às respostas das questões do Questionário de Utilidade

5.2.2 Formulário de Avaliação da Aplicação pelos Alunos O detalhamento deste formulário foi feito na seção 3.2.3.1. As respostas e suas respectivas análises segue com os gráficos abaixo.

A) Geral: As três perguntas dessa categoria objetivaram saber do usuário se as funcionalidades implementadas no Graphon Unifei estavam compatíveis com a finalidade para a qual foi desenhado. Dentro da escala de Likert, não houve respostas diferente do ‘Concordo Parcialmente’ e ‘Concordo Totalmente’. Esse resultado revela que todos os alunos que testaram a aplicação concordaram que a aplicação os ajudou a se posicionar na trajetória acadêmica. A pergunta 3 (figura 41) foi a que teve menor porcentagem de ‘Concordo Totalmente’, 75%.

(a) (b)

Figura 41 – Gráficos referentes à categoria Geral. (a) Questão 1. (b) Questão 2. (c) Questão 3.

B) Usabilidade

Para as quatro perguntas a respeito da usabilidade das interfaces desenvolvidas (figura 42), todas as respostas na escala Likert também contemplaram apenas o ‘Concordo Totalmente’ e o ‘Concordo Parcialmente’. Dessa forma, conclui-se que todos os alunos gostaram da usabilidade das telas desenvolvidas

Figura 42 – Gráficos referentes à categoria Usabilidade. (a) Questão 4. (b) Questão 5. (c) Questão 6. (d) Questão (7).

(c)

(a) (b)

(c) (d)

C) Visualização da Informação Na categoria visualização da informação, foram definidas três perguntas, cujos resultados estão apresentados na figura 43. Mais uma vez, todos os alunos concordaram que os elementos de visualização da informação presentes no Graphon Unifei transmitem bem a ideia para a qual foi concebido, isto é, auxiliar o aluno a visualizar melhor sua trajetória acadêmica. A maior concordância dos alunos foi sobre a questão 8 (figura 43a) que, justamente, pergunta se o aluno entendeu melhor ou mais rápido sua trajetória acadêmica utilizando o Graphon Unifei.

Figura 43 – Gráficos referentes à categoria Visualização da Informação. (a) Questão 8. (b) Questão 9. (c) Questão 10.

D) Estado de Fluxo

Nesta categoria, seis questões foram desenvolvidas, de forma a extrair do aluno se ele, de alguma forma, atinge o estado de fluxo. As perguntas foram pensadas no contexto de gamificar a trajetória acadêmica.

As questões, cujos resultados são apresentados na figura 44, objetivaram avaliar o aspecto relativo ao Feedback imediato quanto ao desempenho no que está sendo feito. Percebe-se que na questão 12 (figura 44b), onde se questiona o aluno se ele se sente motivado ao conhecer seu desempenho em relação a sua turma, 62.50% dos alunos (7 alunos) responderam ser indiferentes. Verifica-se, portanto, que esse aspecto da interface, pensado como motivador, não teve o resultado esperado por parte dos alunos. Uma das possíveis explicações é esse recurso foi acessado de forma tardia pelos alunos da amostra, uma vez que quase todos estão com mais de 80% do curso concluído. Talvez, se aplicado

(a) (b)

(c)

no início do curso, os alunos se sentiriam mais motivados a aumentar o seu desempenho diante da turma.

Figura 44 – Gráficos referentes à categoria Estado de Fluxo. (a) Questão 11. (b) Questão 12.

As questões 13, 14 e 15, cujas respostas são apresentadas na figura 45, objetivaram dar ao aluno uma noção de equilíbrio entre oportunidades de ação (desafios) e a capacidade de agir (oportunidades). Essa informação é extraída, principalmente, na questão 13 (figura 45a). Para essa questão, 87.5% dos alunos concordaram que a relação entre conquista e desafios apresentada pela interface é satisfatória. Para 12.5% dos alunos (uma quantidade de 2 alunos), essa informação é indiferente (esses alunos estão com percentual de conclusão superior a 80%). Para a questão 14, que verificou se o aluno se motivou ao saber seu desempenho nas áreas de concentração do curso, 75% dos alunos concordaram que sim e 25% disseram ser indiferentes (figura 45b). Apesar da percentagem obtida na questão 14, apenas 12.5% (uma quantidade de 2 alunos) disseram ser indiferentes na questão 15, que perguntava se o aluno ficou surpreso ao conhecer seu desempenho nas diferentes áreas de concentração do curso. Os 87.5% restante responderam ter ficado surpresos (figura 45c).

(a) (b)

(a) (b)

Figura 45 – Gráficos referentes à categoria Equilíbrio entre Desafios e Habilidades. (a) Questão 13. (b) Questão 14. (c) Questão 15.

A questão 16, cujos resultados são apresentados na figura 46, objetivou avaliar o senso de controle do aluno em sua trajetória acadêmica. Para essa questão, 12.5% dos alunos disse ser indiferente, enquanto a grande maioria, 87.5% disseram que o Graphon Unifei ajudou a sentir mais controle sobre sua trajetória.

Figura 46 – Gráfico referente à categoria Senso de Controle. E) Funcionalidade / Utilidade

Nessa categoria foram realizadas seis questões, que perguntavam para o aluno se ele achou mais fácil responder às seis questões do questionário de utilidade utilizando Graphon Unifei do que utilizando o SIGAA.

(c)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 47 – Gráfico referente à categoria Funcionalidade / Utilidade. (a) Questão 17. (b) Questão 18. (c) Questão 19. (d) Questão 20. (e) Questão 21. (f) Questão 22.

Das seis questões (figura 47), observa-se que há praticamente unanimidade na escolha do Graphon Unifei sobre o SIGAA no quesito de funcionalidade / usabilidade. Somente na figura 47e há uma diferença com a presença da opção 3- Indiferente, em razão do SIGAA mostrar a mesma informação que o Graphon Unifei.

F) Pergunta aberta Qual sua opinião sobre a aplicação implementada? Relate vantagens e desvantagens. Algumas respostas serão transcritas abaixo. Percebe-se pelos comentários dos alunos que o objetivo do sistema foi alcançado e que os alunos entenderam o conceito de trajetória acadêmica. Existem críticas em relação ao menu “trajetória”, onde um grafo com a trajetória do aluno é apresentado. Existe também a sugestão de uma interface que mostre graficamente a relação entre as disciplinas, o que é perfeitamente possível de ser implementado. “A aplicação Graphon é intuitiva, funciona como um histórico escolar bem mais completo e permite ao aluno ter um melhor parecer de como está sua situação em relação ao curso e o que falta para terminá-lo. A interface gamificada motiva ao usuário ter um melhor acompanhamento do seu percurso” “Gostei bastante de tudo. Talvez algumas funcionalidades como a relação de uma matéria na outra (pré-requisito) ajudasse a saber quais as próximas matérias pegar.” “Minha opinião é que tendo a abrangência cabível e poucas melhorias, o Graphon poderia ser utilizado em conjunto com o SIGAA para dar maior visibilidade aos alunos com relação ao seu curso, pois o mesmo tem melhor nível de organização que o SIGAA. Com relação a desvantagem, talvez um gráfico (legenda) adicional ao Grafo.” “Melhor visualização do Grafo. No mais, o sistema está de nota 10, e o SIGAA deveria ser bem parecido com o mesmo.”

“Acredito que as maiores vantagens são sobre o posicionamento do aluno no curso e quais os desafios que ele ainda deve enfrentar. Ao entrarmos na universidade, pouco sabemos sobre o SIGAA e temos que desvendá-lo por conta própria, sendo o sistema com diversos módulos e páginas que não são tão intuitivas. Assim, acabamos por nos perder um pouco nas matérias que ainda devemos cursar. Para encontrá-las demandamos tempo e muitas vezes não encontramos as informações necessárias. Achei o GRAPHON muito intuitivo, prazeroso no quesito navegação e principalmente, muito objetivo! Nos mostra aonde estamos no curso e o que ainda temos que enfrentar pela frente, e ainda consegue mostrar nossos resultados a cada semestre. Sistema muito interessante!”

5.3 Formulário de Avaliação da Aplicação pelo Coordenador de Curso

Em momento posterior foi aplicado um Formulário de Avaliação do Graphon Unifei ao coordenador do curso de Sistemas de Informação. O detalhamento deste formulário foi feito na seção 3.2.3.2. Como apenas o coordenador do curso de Sistemas de Informação respondeu ao questionário, as respostas foram transcritas e não apresentadas em forma de gráfico.

Questão 1: Você acredita que as informações apresentadas na aplicação ajudam na tomada de decisão quanto a quantidade de reprovações de uma turma em uma disciplina?

Resposta: 5 – Concordo Totalmente Questão 2: Você acredita que os elementos de ilustrativos da aplicação para a visualização das informações de uma turma ajudam a compreender os dados apresentados? Resposta: 5 – Concordo Totalmente Questão 3: A interface apresentada te ajudou a se posicionar acerca da turma em tela? Ou seja, saber exatamente os pontos de dificuldade da turma? Resposta: 3 – Indiferente Questão 4: Você achou a interface agradável? Resposta: 5 – Concordo Totalmente

Questão 5: A interface foi fácil de usar? Resposta: 4 – Concordo Parcialmente Questão 6: A navegação na aplicação é de fácil entendimento e intuitiva? Resposta: 4 – Concordo Parcialmente Questão 7: Você entendeu melhor e / ou mais rápido as informações de represamento da turma de 2013.1 na aplicação Graphon Unifei? Resposta: 4 – Concordo Parcialmente Questão 8: A ferramenta é útil para explicar e comunicar aspectos relevantes sobre uma turma no Curso de Sistemas de Informação? Resposta: 4 – Concordo Parcialmente Questão 9: Você gostou dos elementos de visualização da informação apresentadas na ferramenta, como gráficos e tabelas? Resposta: 4 – Concordo Parcialmente Questão 10: As informações sobre o desempenho da turma nas componentes curriculares são satisfatórias? Resposta: 4 – Concordo Parcialmente

Questão 11: Você ficou surpreso com o desempenho da turma apresentadas pela aplicação? Resposta: 3 – Indiferente Questão 12: A interface conforme foi implementada te dá mais controle sobre as ações que devem ser tomadas referentes ao Curso? Resposta: 4 – Concordo Parcialmente Questão 13: Foi mais fácil responder à questão sobre o Represamento da Turma e o Perfil desta utilizando o Graphon Unifei, do que utilizando o SIGAA? Resposta: 5 – Concordo Totalmente Questão 14: Dê seu feedback quanto à aplicação Graphon Unifei, ressaltando os pontos positivos e negativos e sugestões. Resposta: Positivo: possibilitar a concentração dos dados de uma turma, e mostrar nas estatísticas um perfil predominante, por exemplo, as reprovações em Matemática em contraste com o desempenho nas disciplinas de formação profissional. Realizando uma análise das respostas e do momento da utilização da aplicação, pode-se dizer que para o Coordenador, ficou claro que a aplicação ao utilizar elementos como gráficos e tabelas conseguiu dar uma resposta rápida, clara e precisa, o que contribui na tomada de decisões, além de mesmo tempo ser agradável na navegação, sendo de fácil entendimento intuitiva no que se propunha a fazer.

5.4 Discussões dos Resultados

A implementação de um sistema gamificado para visualização das informações do fluxo durante o curso por um aluno e informações gerais da turma para o coordenador de curso, teve como objetivo providenciar uma forma de retorno ágil e lúdico para os alunos e resposta clara e ágil para o coordenador. A partir da aplicação desse sistema em uma turma do Curso de Sistemas de Informação, foi possível verificar como a gamificação possui influência sobre os alunos, no que se refere à sua motivação e engajamento em comparação ao atual sistema de informações acadêmicas utilizado pela Universidade Federal de Itajubá, o SIGAA.

Como foi possível perceber, houve concordância quase que total dos alunos em relação a utilidade do Graphon Unifei. Visto que existe na literatura alguns trabalhos que estudaram formas diferentes de apresentar a trajetória acadêmica do aluno (RAJI et a, 2017; HEILEMAN, BABBITT e ABDALLAH, C. T., 2015; TRIM et al, 2012), mesmo que não da mesma forma que neste trabalho, acredita-se que o objetivo proposto foi alcançado. Ressalta-se também que os trabalhos acima mencionados não tinham foco no aluno, mas sim na gestão dos cursos. Acredita-se que esse seja o maior diferencial deste estudo, o fato de implementar uma interface voltada e focada para a gestão do aluno.

Apesar de implementar uma interface gamificada, o Graphon Unifei não é uma aplicação convencional de gamificação. Como aplicação convencional quer se dizer que o Graphon Unifei não objetiva ensinar, nem criar mais engajamento entre pessoas. No trabalho de Hamari, Koivisto e Sarsa (2014), os autores citam os principais contextos dos estudos por eles avaliados, o que mostra um panorama geral das áreas onde a gamificação é atualmente utilizada: Educação, sistemas intra-organizacionais, marketing, sistemas crowdsourcing, inovação, comércio, coleta de dados, saúde, compartilhamento e consumo sustentável. Neste sentido, conforme apresentado na seção 2.3.2, o estudo da gamificação como técnica de visualização da informação ainda é recente e pouco utilizado, o que dificulta compará-lo a outros sistemas previamente desenvolvidos.

Com isso, pode-se dizer com base nos resultados que, no que se refere aos alunos, a aplicação conseguiu sobressair diante do SIGAA em razão dos elementos de gamificação empregados na visualização das informações acadêmicas do aluno. As respostas que integram a opção 3 – Indiferente no Formulário de Avaliação da Aplicação, foi com relação ao desempenho do aluno diante da turma ou rendimento em uma disciplina. O que pode ser percebido é que os alunos tiveram essa interação com o ambiente gamificado no fim do curso (maioria dos que responderam essa opção apresentavam percentual de conclusão superior a 80%). Esse fator de motivação seria melhor trabalhado se a turma estivesse no início do curso.

Como a maioria dos trabalhos utilizando questionários, houve a preocupação de não tendenciar os alunos que participariam do experimento. No entanto, há de se levar em consideração que, em um ambiente acadêmico, os experimentos são feitos ‘entre amigos’ e é difícil remover essa variável dos resultados obtidos. A vontade de ‘ajudar o amigo’ pode sim interferir nas respostas dadas. Por isso, propõem-se realizar o experimento com outras turmas. Realizar o experimento com turmas diferentes também pode interferir os resultados obtidos na questão motivação em relação ao desempenho do aluno para com a sua turma e as áreas de concentração. Isso porque, alunos que talvez estejam mais no começo do curso tenham mais curiosidade e, portanto, sintam-se mais motivados com as informações dadas. Isso também pode ser verdade com relação à questão que mediu a satisfação do aluno em saber suas conquistas e desafios. Para alunos mais no começo do curso essa informação pode ser mais útil para os alunos mais de fim de curso, como os alunos que responderam o questionário. No que se refere à avaliação do coordenador de curso, este teve visão positiva da aplicação, respondendo a maior parte das perguntas em 4 ou 5, sendo que as que apresentam resposta com opção 3 – Indiferente, foram pelo motivo de haver confusão entre uma disciplina obrigatória e sua equivalente. No geral, para o coordenador, o Graphon Unifei consegue mostrar com fidelidade as informações referentes a uma turma do curso.

6 Considerações Finais Neste trabalho o problema tratado foi a dificuldade do aluno em gerir sua trajetória acadêmica, em especial quando ele acumula reprovações e deixa de seguir a trajetória normal desenhado pelo Projeto Político Pedagógico do curso. A solução proposta foi apresentar ao usuário uma visualização da sua trajetória por meio de dashboards gamificados. O objetivo do trabalho foi atingido por meio da implementação da aplicação

Graphon Unifei. Diversos elementos de gamificação foram utilizados com o intuito de tornar mais agradável a interface para o aluno, além de tentar motivá-lo e estimulá-lo.

É importante ressaltar que os conceitos de gamificação foram utilizados de forma não convencional. Os elementos de gamificação foram utilizados como forma de melhorar a visualização da trajetória escolar. Pelos resultados obtidos, a solução implementada teve boa aceitação e foi bem avaliada por parte dos usuários entrevistados.

Apesar de não ser o objetivo principal do trabalho, uma visão dos dados para o coordenador de curso também foi implementada e bem avaliada. A diferença principal da abordagem implementada neste trabalho daquela que é utilizada pelos coordenadores da Unifei atualmente é o conceito de turma.

O uso de um mecanismo de persistência baseado na teoria dos grafos tornou a aplicação leve e conceitualmente mais fidedigna à realidade. As atualizações são simples. A expansão da aplicação conta com o conceito escalável desse tipo de banco de dados.

Este trabalho está engajado em um cenário de estudo da trajetória acadêmica em cursos de graduação. Esse é um assunto de grande relevância em todos os cursos, uma vez que alunos evadidos ou represados oneram as Instituições de Ensino Superior.

Os testes de desempenho do banco, mostraram um resultado satisfatório no tempo de resposta das requisições mesmo em um ambiente com poucos recursos.

Em trabalhos futuros pretende-se verificar os efeitos do sistema gamificado em uma turma ingressante do curso, além de ampliar para outros cursos. Expandir também, as funcionalidades para o perfil de coordenador, inserindo opções como busca por aluno em específico e estudar seu desempenho em comparação com a turma, comparar perfis de diversas turmas ingressantes, descobrindo suas potencialidades e pontos fracos. Além disso, identificar um padrão onde todas as turmas apresentam dificuldades em comum. Em termos de banco de dados, pode-se verificar o desempenho do modelo da aplicação utilizando o Neo4j em ambientes distribuídos.

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Apêndice 1 – Questionário de Utilidade (Aluno)

A) SIGAA

Questão 1: Número de Matrícula

Questão 2: Gênero

• Masculino • Feminino

Questão 3: Fora do período de matrícula, é possível saber quais possíveis disciplinas você poderá se matricular no próximo semestre utilizando o SIGAA? E no semestre seguinte?

Questão 4: Utilizando o SIGAA você consegue saber em quais períodos são as disciplinas que ainda faltam ser cursadas por você? (Responder com par sigla-período. Exemplo: COM390-1, SIN450-2)

Questão 5: Utilizando o SIGAA, você sabe em quais disciplinas seu desempenho foi melhor do que o da sua turma? (Responda SIM ou NÃO. Se SIM, cite as disciplinas)

Questão 6: Utilizando o SIGAA, você sabe qual período cursado você teve o melhor desempenho? (Responda SIM ou NÃO. Se SIM, cite os períodos)

Questão 7: Utilizando o SIGAA, você sabe qual sua carga horária já integralizada? (Responda SIM ou NÃO. Se sim, cite a carga horária integralizada)

Questão 8: Utilizando o SIGAA, você consegue saber quais períodos você já conseguiu finalizar todas as componentes curriculares? (Responda SIM ou NÃO. Se sim, cite os períodos ainda não integralizados)

B) GRAPHON UNIFEI

Questão 1: Número de Matrícula

Questão 2: Gênero

• Masculino • Feminino

Questão 3: Fora do período de matrícula, é possível saber quais possíveis disciplinas você poderá se matricular no próximo semestre utilizando o GRAPHON? E no semestre seguinte?

Questão 4: Utilizando o GRAPHON você consegue saber em quais períodos estão as disciplinas que ainda faltam ser cursadas por você? (Responder com par sigla-período. Exemplo: COM390-1, SIN450-2)

Questão 5: Utilizando o GRAPHON, você sabe em quais disciplinas seu desempenho foi melhor do que o da sua turma? (Responda SIM ou NÃO. Se SIM, cite as disciplinas)

Questão 6: Utilizando o GRAPHON, você sabe qual período cursado você teve o melhor desempenho? (Responda SIM ou NÃO. Se SIM, cite os períodos)

Questão 7: Utilizando o GRAPHON, você sabe qual sua carga horária já integralizada? (Responda SIM ou NÃO. Se sim, cite a carga horária integralizada)

Questão 8: Utilizando o GRAPHON, você consegue saber quais períodos você já conseguiu finalizar todas as componentes curriculares? (Responda SIM ou NÃO. Se sim, cite os períodos ainda não integralizados)

Apêndice 2 – Formulário de Avaliação da Aplicação (Aluno)

Questão 1: Você acredita que as informações apresentadas na aplicação ajudam na sua trajetória estudantil?

Questão 2: Você acredita que os elementos de Gamificação da aplicação ajudam a compreender os dados apresentados?

Questão 3: A interface Gamificada te ajudou a se posicionar no curso? Ou seja, saber exatamente o que ainda precisa ser feito e quando?

Questão 4: Você achou a interface agradável?

Questão 5: A interface foi fácil de usar?

Questão 6: A navegação na aplicação é de fácil entendimento e intuitiva?

Questão 7: Você gostou dos elementos de Gamificação apresentados, com os ícones, emoticons, etc...

Questão 8: Você entendeu melhor e / ou mais rápido sua trajetória acadêmica usando a ferramenta Gamificada?

Questão 9: A ferramenta é útil para explicar e comunicar aspectos relevantes sobre sua trajetória acadêmica?

Questão 10: Você gostou dos elementos de visualização da informação apresentadas na ferramenta, como gráficos e tabelas?

Questão 11: As informações sobre seu desempenho nas componentes curriculares são satisfatórias?

Questão 12: Conhecer seu desempenho em relação a sua turma te motiva?

Questão 13: A relação entre conquistas e desafios é satisfatória?

Questão 14: Você gostou de saber seu desempenho baseado nas áreas de atuação apresentadas pela aplicação?

Questão 15: Você ficou surpreso com seu desempenho baseado nas áreas de atuação apresentadas pela aplicação?

Questão 16: A interface Gamificada te dá mais controle sobre as etapas a serem cumpridas?

Questão 17: Foi mais fácil responder à questão 1 do formulário de avaliação (Utilizando apenas o sistema, você consegue saber quais disciplinas você está apto a cursar no próximo período? E no período 2019.1?) utilizando o Graphon Unifei, do que utilizando o SIGAA?

Questão 18: Qual sua opinião sobre a aplicação implementada? Relate vantagens e desvantagens.

Apêndice 3 – Questionário de Utilidade (Coordenador)

Questão 1: Você acredita que as informações apresentadas na aplicação ajudam na tomada de decisão quanto a quantidade de reprovações de uma turma em uma disciplina?

Questão 2: Você acredita que os elementos de ilustrativos da aplicação para a visualização das informações de uma turma ajudam a compreender os dados apresentados?

Questão 3: A interface apresentada te ajudou a se posicionar acerca da turma em tela? Ou seja, saber exatamente os pontos de dificuldade da turma?

Questão 4: Você achou a interface agradável?

Questão 5: A interface foi fácil de usar?

Questão 6: A navegação na aplicação é de fácil entendimento e intuitiva?

Questão 7: Você entendeu melhor e / ou mais rápido as informações de represamento da turma de 2013.1 na aplicação Graphon?

Questão 8: A ferramenta é útil para explicar e comunicar aspectos relevantes sobre uma turma no Curso de Sistemas de Informação?

Questão 9: Você gostou dos elementos de visualização da informação apresentadas na ferramenta, como gráficos e tabelas?

Questão 10: As informações sobre o desempenho da turma nas componentes curriculares são satisfatórias?

Questão 11: Você ficou surpreso com o desempenho da turma apresentadas pela aplicação?

Questão 12: A interface conforme foi implementada te dá mais controle sobre as ações que devem ser tomadas referentes ao Curso?

Questão 13: Foi mais fácil responder à questão sobre o Represamento da Turma e o Perfil desta utilizando o Graphon Unifei, do que utilizando o SIGAA?

Questão 14: Dê seu feedback quanto à aplicação Graphon Unifei, ressaltando os pontos positivos e negativos e sugestões.