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DESENVOLVIMENTO DE UM JOGO DIDÁTICO PARA ENSINO DE PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS E SUA APLICAÇÃO EM CURSOS TÉCNICOS DE COMPUTAÇÃO
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Bruno Abreu César
1 UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE MESTRADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO ABRAHÃO CHRISTOPHE BEZERRA LOPES DESENVOLVIMENTO DE UM JOGO DIDÁTICO PARA ENSINO DE PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS E SUA APLICAÇÃO EM CURSOS TÉCNICOS DE COMPUTAÇÃO MOSSORÓ RN 2012
2 ABRAHÃO CHRISTOPHE BEZERRA LOPES DESENVOLVIMENTO DE UM JOGO DIDÁTICO PARA ENSINO DE PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS E SUA APLICAÇÃO EM CURSOS TÉCNICOS DE COMPUTAÇÃO Dissertação apresentada ao Mestrado de Ciência da Computação associação ampla entre a Universidade do Estado do Rio Grande do Norte e a Universidade Federal Rural do Semi-árido, para a obtenção do título de Mestre em Ciência da Computação. Orientador: Prof. Dr. José Patrocínio da Silva UFERSA. MOSSORÓ RN 2012
4 ABRAHÃO CHRISTOPHE BEZERRA LOPES DESENVOLVIMENTO DE UM JOGO DIDÁTICO PARA ENSINO DE PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS E SUA APLICAÇÃO EM CURSOS TÉCNICOS DE COMPUTAÇÃO Dissertação apresentada ao Mestrado em Ciência da Computação para a obtenção do título de Mestre em Ciência da Computação.
5 Dedico à minha filha, Flayra Mayanne. Que seu futuro seja brilhante! À minha esposa Silvia Kaline, por estar sempre ao meu lado. E aos meus pais, Edvaldo e Francisca, que me ensinaram que os estudos são a chave para o sucesso.
6 AGRADECIMENTOS À Deus, por mais esta conquista; Ao meu orientador, Prof. Dr. José Patrocínio da Silva, por toda ajuda e tempo dedicado; Aos membros da banca, Prof. Dra. Fabiana Karla de Oliveira Martins Varella e Prof. Dra. Heliana Bezerra Soares, por suas valiosas contribuições; Aos professores do mestrado, por compartilhar seu conhecimento; Aos colegas do mestrado, pela ajuda nos desafios das disciplinas e pelos momentos de alegria a cada etapa vencida; À Prof. M.Sc. Alba Sandyra Bezerra Lopes por suas sugestões e incentivo. E a todos aqueles que me incentivaram a prosseguir até o fim.
7 RESUMO Muitos alunos de cursos de computação apresentam grandes dificuldades em disciplinas que envolvem programação de computadores, o que causa baixo rendimento ou desistências. O presente trabalho propõe uma metodologia de ensino para a disciplina Programação Orientada a Objetos (POO). Tal disciplina abrange uma variedade de conceitos amplamente diferentes da programação estruturada, que em geral é o primeiro paradigma ensinado a novos programadores. Se tais conceitos não forem bem compreendidos, o aluno não conseguirá desenvolver os programas e solucionar os problemas propostos pelo professor, podendo, inclusive, resultar em reprovação. A metodologia apresentada neste trabalho propõe o uso de jogos didáticos para auxiliar o aluno a compreender os conceitos básicos da orientação a objetos. Foi desenvolvido um conjunto de cartas, semelhante a um baralho, e vários jogos didáticos que usam estas cartas e possuem regras que refletem os principais conceitos da POO como Classe, Objeto e Herança, entre outros. A metodologia foi aplicada entre alunos que cursam o nível médio no curso Técnico em Informática do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte IFRN Campus Mossoró. Os resultados das experiências realizadas comprovam que a metodologia é eficaz na transmissão e fixação dos conceitos de POO. Os alunos participantes afirmaram ter compreendido os conceitos apresentados e demonstraram aumento em sua motivação concernente às disciplinas de programação. Palavras-Chave: Metodologia de Ensino, Jogos didáticos, Programação Orientada a Objetos
8 ABSTRACT Many students in computer courses have great difficulties in disciplines that involve computer programming, which causes low grades or class abandonment. This paper proposes a methodology for teaching Object Oriented Programming (OOP) discipline. This course covers a variety of widely differing concepts of structured programming, which is usually the first paradigm taught to new programmers. If these concepts are not well understood, the student will not be able to develop programs and resolve the problems proposed by the teacher, and may even result in failure. The methodology presented in this paper proposes the use of educational games to help the student understand the basic concepts of object orientation. A set of cards has been developed, and several educational games that use these cards and have rules that reflect the concepts of OOP as Class, Object and Inheritance, among others. The methodology was applied to students who attend the high school course in Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte - IFRN - Campus Mossoró. The results of experiments show that the method is effective in transmission and fixation of the concepts of OOP. Participating students said they understood the concepts presented and demonstrated an increase in their motivation regarding the programming disciplines. Keywords: Teaching Methodology, Educative Games, Object Oriented Programming
9 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Jogo de cartas que ensina sobre biomas das árvores brasileiras Figura 2: Jogo de cartas para ensinar tabela periódica Figura 3: Jogo de cartas Trunfo Químico Figura 4: Ludo Químico Figura 5: Tabuleiro do jogo Conhecendo a física Figura 6: Jogo de tabuleiro para ensino de biologia molecular Figura 7: Jogo do DNA Figura 8: Scratch: Ambiente para o ensino de programação Figura 9: TutorICC:ambiente para ensino da linguagem Pascal Figura 10: ProGame: um jogo para estimular o raciocínio lógico Figura 11: PyGonometria: jogo desenvolvido por alunos em linguagem Python Figura 12: Jogo didático para ensino de algoritmos de busca Figura 13: Jogo de tabuleiro sobre Teoria dos Grafos Figura 14: Blocos de montar para o ensino de Algoritmos Figura 15: Jogo de cartas que ensina sobre polimorfismo e padrões de projeto Figura 16: Jogo de cartas que ensina programação de microcontroladores Figura 17: Cartas colecionáveis de Magic: The Gathering Figura 18: Versão eletrônica do jogo Magic The Gathering Figura 19: Tela do jogo de cartas on-line SHADOW ERA Figura 20: Cartas colecionáveis YU-GI-OH! e POKÉMON Figura 21: Jogos de cartas WAR e SOLETRANDO Figura 22: Jogos de cartas distribuídos por ESTRELA Figura 23: Jogos de cartas produzidos por HASBRO Figura 24: Jogos de cartas da MATTEL Figura 25: Jogos de cartas produzidos pela TOYSTER Figura 26: Jogos de cartas produzidos por COPAG Figura 27: Ambientação do jogo Figura 28: Descrição das áreas de uma carta Figura 29: Carta de classe e sua representação em UML Figura 30: Exemplo de uma classe com variáveis e métodos e a representação em UML Figura 31: Dois objetos criados a partir de uma classe definida pelo jogador... 41
10 Figura 32: BlueJ: ambiente para ensino de orientação a objetos em Java Figura 33: Carta que representa uma variável Figura 34: Representação de valores lógicos Figura 35: Carta de valor constante Figura 36: Carta para modificação de valores Figura 37: Mensagem de erro ao tentar modificar o valor de uma constante Figura 38: Exemplo de variáveis globais e locais Figura 39: Carta de método Figura 40: Carta de método com parâmetro e retorno Figura 41: Exemplo da troca de mensagens entre objetos usando parâmetros e retorno Figura 42: Exemplo de sobrecarga de métodos Figura 43: Classe com método estático Figura 44: Carta de Herança Figura 45: Exemplo de herança durante uma partida Figura 46: Diagrama de herança em UML a partir de um conjunto de cartas Figura 47: Exemplo de sobreposição de métodos e variáveis Figura 48: Classe abstrata e Classe final Figura 49: Cartas de edição Figura 50: Cartas Objetivo Figura 51: Alunos durante aplicação da experiência... 74
11 LISTA DE QUADROS Quadro 1: Código para criação de um objeto Quadro 2: Código para declaração de uma variável em Java Quadro 3: Código para declaração de uma variável em Java Quadro 4: Exemplo de variáveis globais e variáveis locais Quadro 5: Código de declaração de um método Quadro 6: Código de um método com parâmetro e retorno Quadro 7: Implementação de herança entre classes Quadro 8: Exemplo de sobreposição... 58
12 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1: Experiências anteriores com jogos didáticos Gráfico 2: Formato de apresentação do jogo Gráfico 3: Principal elemento do jogo Gráfico 4: Nível de conhecimento sobre P.O.O Gráfico 5: Conhecimento sobre conceitos específicos Gráfico 6: Conhecimento sobre P.O.O. após aplicação da metodologia Gráfico 7: Conhecimentos sobre conceitos específicos após aplicação da metodologia Gráfico 8: Conhecimentos sobre conceitos específicos Gráfico 9: Conhecimentos sobre conceitos específicos Gráfico 10: Conhecimentos sobre conceitos específicos após aplicação da metodologia Gráfico 11: Alunos do 4º ano: Experiências anteriores com jogos didáticos Gráfico 12: Conhecimento prévio sobre Orientação a Objetos Gráfico 13: Conhecimentos sobre conceitos específicos Gráfico 14: Conhecimento sobre P.O.O. após a experiência Gráfico 15: Conhecimentos específicos após a experiência... 98
13 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO MÉTODOS DIDÁTICOS PARA O ENSINO DE CIÊNCIAS O estado da arte Jogos e atividades eletrônicas para ensino de computação Jogos e atividades não eletrônicas para ensino de computação O mercado dos jogos de cartas DESENVOLVIMENTO DO JOGO DIDÁTICO Ambientação do jogo Visão geral das cartas do jogo Classes e objetos Variáveis e constantes Métodos Herança Cartas opcionais Regras do Jogo Regras gerais Regras sobre cartas de classes e objetos Regras sobre cartas de variáveis e constantes Regras sobre cartas de métodos Regras sobre relações de herança Modificação de regras Variações do jogo Jogo 1: Classes, variáveis e métodos Jogo 2: Criação de objetos Jogo 3: Relações de herança Jogo 4: Todos os conceitos reunidos Jogo 5: Baseado em objetivos Jogo 6: Reprodução de diagramas Outros jogos APLICAÇÃO DO P.O.O. O JOGO Alunos do 2º Ano... 74
14 4.1.1 Resultados do questionário 1: conhecimentos prévios Resultados do questionário 2: avaliação da experiência Alunos do 3º Ano Resultados do questionário 1: conhecimentos prévios Resultados do questionário 2: avaliação da experiência Alunos do 4º Ano Resultados do questionário 1: conhecimentos prévios Resultados do questionário 2: avaliação da experiência Sugestões e comentários dos participantes CONCLUSÕES Contribuições acadêmicas Recomendações para trabalhos futuros REFERÊNCIAS ANEXOS
15 13 CAPÍTULO 1 1 INTRODUÇÃO Nas escolas de ensino médio que oferecem cursos técnicos de informática, os alunos com idades entre 13 e 17 anos, em média, têm o primeiro contato com disciplinas de programação. Sabe-se que um bom raciocínio lógico e matemático é essencial para o sucesso em disciplinas que envolvem programação de computadores. Infelizmente, muitos alunos nesta faixa etária, principalmente, aqueles que cursaram o ensino fundamental em escolas públicas, não conseguem desenvolver adequadamente esta habilidade. Diante de tal questão, as disciplinas de programação de computadores se tornam de difícil compreensão para estes alunos, desmotivando-os em seus estudos e levando-os à desistência ou a resultados insatisfatórios. Diversas pesquisas sugerem técnicas pedagógicas que auxiliam o ensino da lógica necessária para a programação de computadores, entre elas o uso de ambientes de programação especialmente desenvolvidos para o ensino, o uso de jogos eletrônicos didáticos, ou ainda através do desenvolvimento de jogos pelo próprio aluno. Apesar de tais técnicas pedagógicas apresentarem resultados satisfatórios com alguns estudantes, em geral são utilizadas no estágio inicial da aprendizagem, onde, normalmente, trabalha-se com a programação estruturada. Se o aluno não conseguir compreender adequadamente tais conceitos, seu desempenho em disciplinas posteriores será deficiente. Em linhas gerais, após aprender a programação estruturada, o aluno é apresentado à orientação a objetos, que traz conceitos bem diferentes daqueles já estudados e, que causam uma recepção negativa por quem está acostumado a pensar de forma estruturada. Este trabalho tem como objetivo propor uma nova maneira de introduzir, gradualmente, os conceitos da programação orientada a objetos, de forma a minimizar o impacto da transição entre o pensamento estruturado e o pensamento orientado a objeto, através do uso de jogos com cartas. Para alcançar tal objetivo, foram realizadas pesquisas na literatura a fim de identificar ferramentas didáticas lúdicas; desenvolveu-se um método de ensino para os conceitos de
16 14 orientação a objetos; aplicou-se a metodologia entre alunos do curso técnico em informática; foi realizada a avaliação da metodologia através de questionários e, finalmente, os dados dos questionários foram analisados. No Capítulo 2 é apresentado o estado da arte dos jogos educativos para o ensino de ciências e de computação, sejam utilizando o meio eletrônico ou outras mídias, e uma visão do mercado dos jogos de cartas. No Capítulo 3 são descritas as etapas do desenvolvimento de um jogo didático para o ensino de programação orientada a objetos, sua ambientação, componentes, mecânica, regras e como este pode ser aplicado em sala de aula. No Capítulo 4 são discutidos os resultados de experiências conduzidas entre alunos com diferentes níveis de conhecimento de programação de computadores e o impacto que os jogos propostos exerceram sobre o aprendizado. Por fim, no Capítulo 5 são apresentadas as conclusões obtidas, contribuições acadêmicas e recomendações para trabalhos futuros.
17 15 CAPÍTULO 2 2 MÉTODOS DIDÁTICOS PARA O ENSINO DE CIÊNCIAS Diversas abordagens didáticas para o ensino de disciplinas de ciências e da área da computação, como as disciplinas de programação, por exemplo, tem sido pesquisadas, desenvolvidas e aplicadas entre os alunos. Esta seção enumera algumas dessas metodologias e atividades, além de apresentar um breve estudo a cerca do mercado dos jogos de cartas no mundo e no Brasil. 2.1 O ESTADO DA ARTE Segundo CORREIA e DOMINGUES (2010), o aluno assimila melhor o que é ensinado ao utilizar diversos sentidos (visão, tato, audição, etc.), ao ser incentivado a refletir, a agir e a seguir regras. É fato que aulas com atividades práticas, além de motivarem o aluno, também, o ajudam a compreender melhor a teoria por aplicá-la no mundo real. Diversos pesquisadores se dedicam ao desenvolvimento de atividades e ferramentas educativas que promovam o lúdico entre os alunos. Aprender brincando é uma forma estimulante de se obter conhecimento. Por exemplo, para ensinar sobre biomas das árvores brasileiras, na disciplina de biologia, CANTO e ZACARIAS (2009) utilizaram uma versão personalizada do popular jogo de cartas Super Trunfo (GROW, 2011). As cartas deste jogo (Figura 1) trazem imagens de árvores brasileiras, seu nome científico e informações numéricas sobre a altura, diâmetro, densidade, e tempo de germinação. O jogo pode ser jogado por dois ou mais participantes. Em cada turno, o jogador escolhe uma das propriedades numéricas da carta e compara com a dos adversários. Aquele que tiver o maior valor numérico vence o turno e fica com as cartas do adversário. O jogo procede até que um jogador obtenha todas as cartas.
18 16 Figura 1: Jogo de cartas que ensina sobre biomas das árvores brasileiras Fonte: CANTO e ZACARIAS (2009) Segundo os autores, a experiência com este jogo facilitou o aprendizado sobre o assunto e despertou nos alunos o interesse por conhecer mais sobre as árvores brasileiras. Além disso, estimulou a busca por jogos em outros assuntos e disciplinas. Outra experiência similar foi realizada por GODOI, OLIVEIRA e CODOGNOTO (2009) que desenvolveram um jogo de cartas no estilo Super Trunfo para ensinar sobre elementos químicos da tabela periódica (Figura 2). Figura 2: Jogo de cartas para ensinar tabela periódica Fonte: GODOI, OLIVEIRA e CODOGNOTO (2009)
19 17 Segundo os autores, os alunos viam o assunto de tabela periódica como algo pouco interessante, que precisava ser decorado apenas para obter uma boa nota na prova. O jogo auxiliou os alunos a compreenderem sobre como utilizar melhor a tabela periódica, compreendendo as informações nela contidas, sua organização e propriedades, inclusive fazendo correlações entre algumas delas sem serem induzidos pelos professores. Um jogo similar chamado Trunfo Químico (MORENO, 2010) foi adotado pela rede de ensino público estadual do Rio de Janeiro como material didático no currículo da disciplina (VENTURA, 2010). Na experiência realizada por ROCHA e FIGUEIREDO (2009), os alunos participantes tiveram rendimento superior em questões aplicadas depois do uso do jogo e afirmaram ser mais fácil aprender brincando. Figura 3: Jogo de cartas Trunfo Químico Fonte: VENTURA (2010) Outro jogo na área da Química foi o desenvolvido por ZANON, GUERREIRO e OLIVEIRA (2008). O Ludo Químico é um jogo de corrida em que os participantes devem, ao longo do percurso, responder perguntas sobre nomenclatura de compostos orgânicos. Utiliza-se um tabuleiro, cartas (Figura 4), peões e dados. Vence o jogador ou a equipe que conseguir chegar primeiro ao fim do tabuleiro. A atividade realizada com 100 alunos teve resultados satisfatórios e os motivou a aprenderem as nomenclaturas corretas dos compostos orgânicos.
20 18 Figura 4: Ludo Químico Fonte: ZANON, GUERREIRO e OLIVEIRA (2008) PEREIRA, FUSINATO e NEVES (2011) desenvolveram um jogo de tabuleiro similar chamado Conhecendo a física (Figura 5), que traz cartas com perguntas que devem ser respondidas sempre que o jogador parar sobre o ponto de interrogação. As cartas de perguntas possuem níveis de dificuldade variados e abordam temas como hidrostática, termodinâmica, eletricidade, mecânica, óptica, magnetismo, etc. Figura 5: Tabuleiro do jogo Conhecendo a física Fonte: PEREIRA, FUSINATO e NEVES (2011) Na área da biologia molecular existe um jogo chamado Célula Adentro, desenvolvido por SPIEGEL, et al. (2001) que utiliza um jogo de tabuleiro (Figura 6), e regras semelhantes ao popular jogo Detetive (ESTRELA, 2011), para ensinar conceitos sobre: membrana plasmática, organelas citoplasmáticas, bactérias e protozoários, DNA, etc. No
21 19 início da partida é escolhido um caso (tema) e ao longo da partida são recebidas pistas orientam como o caso pode ser resolvido. É possível jogar de forma competitiva ou cooperativa, permitindo diversas formas de aprendizado. Figura 6: Jogo de tabuleiro para ensino de biologia molecular Fonte: SPIEGEL, et al. (2001) O Jogo do DNA (JANN e LEITE, 2010) tem o objetivo de ensinar sobre biologia celular, molecular e genética. Utiliza peças feitas com o material emborrachado Etil Vinil Acetato (E.V.A.) para representar os componentes que formam uma molécula de DNA (Figura 7). A experiência foi aplicada entre alunos do 3º ano do ensino médio, que precisaram montar corretamente as moléculas, recebendo pistas conforme a necessidade. O jogo ajudou a desenvolver a cooperação entre os alunos, que formavam grupos, e aprimorou o conhecimento sobre o DNA. Figura 7: Jogo do DNA Fonte: JANN e LEITE (2010)
22 20 Ao analisar os trabalhos anteriormente citados, observa-se que é possível desenvolver ferramentas de ensino nos mais diversos formatos e abordando uma grande variedade de disciplinas e assuntos. 2.2 JOGOS E ATIVIDADES ELETRÔNICAS PARA ENSINO DE COMPUTAÇÃO Na literatura, encontram-se diversos exemplos de ambientes computacionais desenvolvidos como intuito de conduzir o aluno à compreensão Dos conceitos, por exemplo, das linguagens de programação. Um exemplo é o software SCRATCH desenvolvido por RESNICK, et al. (2009). O ambiente apresenta uma lista de comandos (repeat, if-else, goto, etc.) representados como peças de um quebra-cabeças, conforme exibido na Figura 8. Tais peças podem ser encaixadas umas nas outras com objetivo de representar sequências de ações que serão realizadas por imagens e outros tipos de mídias que podem ser utilizadas. Utilizando o Scratch, desenvolvido por RESNICK, et al.(2009), o aluno pode visualizar com facilidade o resultado da lista de ações. A ferramenta permite a criação de vídeos, animações e jogos mesmo por alunos com pouco conhecimento de programação. Figura 8: Scratch: Ambiente para o ensino de programação Fonte: RESNICK, et al.(2009)
23 21 Outro tipo de software para ensino são os ambientes tutores, como o TutorICC, Figura 9, desenvolvido por PÍCCOLO, et al. (2010). Este tipo de ferramenta de certa forma substitui o professor, conduzindo os alunos por lições previamente definidas. Figura 9: TutorICC:ambiente para ensino da linguagem Pascal Fonte: PÍCCOLO, et al. (2010) O ambiente é composto por diversas áreas de visualização que exibem o código-fonte, representação de variáveis, vetores e matrizes, e observações acerca do código. Além de apresentar o conteúdo da disciplina, o TutorICC também oferece exercícios e testes para acompanhar o desenvolvimento do aluno e fazer recomendações de quais assuntos devem ser estudados em seguida. Alguns pesquisadores utilizam jogos eletrônicos para estimular o raciocínio lógico, como SALES e DANTAS (2010) que desenvolveram o ProGame (Figura 10), um jogo eletrônico que envolve a montagem de algoritmos, compreensão de mensagens de erro e correção de código.
24 22 Figura 10: ProGame: um jogo para estimular o raciocínio lógico Fonte: SALES e DANTAS (2010) Conforme avança pelas fases do jogo, o aluno precisa resolver enigmas envolvendo códigos de programação que somente após solucionados permitirão que a fase seguinte seja alcançada. Outra metodologia utilizada é o ensino de programação através do desenvolvimento de jogos pelos alunos. REBOUÇAS, et al. (2010) descrevem uma experiência utilizando a linguagem de programação Python para o desenvolvimento de jogos educativos simples, como o PyGonometria (Figura 11), cujo objetivo é selecionar o ângulo correto para completar a imagem. Figura 11: PyGonometria: jogo desenvolvido por alunos em linguagem Python Fonte: REBOUÇAS, et al. (2010)
25 23 Todos os métodos descritos na seção 2.2 visam motivar o aluno para que obtenha melhor rendimento nas disciplinas de programação. Segundo os autores, bons resultados foram observados em cada uma das atividades. A seção 2.3 apresenta atividades que poderão ser aplicadas entre os alunos sem a necessidade do uso de computadores. 2.3 JOGOS E ATIVIDADES NÃO ELETRÔNICAS PARA ENSINO DE COMPUTAÇÃO Entre os trabalhos que visam o ensino de computação, destacam-se as atividades desenvolvidas por BELL, WITTEN e FELLOWS (2005). Os autores propõem atividades que ensinam números binários, representação de imagens, compressão de texto, roteamento em redes, máquinas de estados finitos, algoritmos de busca, algoritmos de ordenação, princípios de linguagens de programação, entre outros. Utilizando materiais simples como cartões com gravuras impressas, tubos plásticos e um roteiro que descreve a atividade, este método simples permite que até crianças nas primeiras séries do ensino fundamental compreendam tais conceitos. A Figura 12 apresenta um cartão inspirado no jogo Batalha Naval que é usado para ensinar sobre algoritmos de busca linear. Nesta variação do jogo, cada aluno recebe um cartão em que os navios possuem números em ordem aleatória. O jogador deve escolher um número e dizer a seu adversário. Em turnos alternados, cada jogador diz uma letra e o adversário revela o número do navio. Vence aquele que conseguir encontrar o navio escolhido pelo adversário primeiro. Figura 12: Jogo didático para ensino de algoritmos de busca Fonte: BELL, WITTEN e FELLOWS (2005)
26 24 Na busca linear, os registros não estão ordenados, sendo necessário percorrer toda a lista até que se encontre o valor desejado. Após aplicar esta atividade, um novo cartão é entregue para cada participante, porém desta vez os números nos navios estarão classificados em ordem crescente, o que permite a realização de uma busca binária. Após jogar com o segundo cartão, os alunos perceberão que é mais fácil encontrar o navio escolhido, pois valores menores estarão à esquerda e valores maiores estarão à direita. O trabalho de LIM (2007) apresenta um jogo de tabuleiro que explora conceitos da Teoria dos Grafos. O tabuleiro (Figura 13) é um mapa onde pontos representam cidades (vértices) e linhas que representam ferrovias (arestas) que interligam as cidades. Figura 13: Jogo de tabuleiro sobre Teoria dos Grafos Fonte: LIM (2007) Além do tabuleiro também fazem parte do jogo: cartas com cores variadas e indicações numéricas; e marcadores usados para sobrepor as linhas do mapa. O jogador acumula pontos conforme avança por rotas que ainda não foram tomadas por nenhum adversário. Com este jogo, o autor explora conceitos da Teoria dos Grafos como propriedades dos vértices (grau do vértice e adjacência), propriedades das arestas (peso, coloração), grafos simples e grafos múltiplos, sub-grafos, rotas, ciclos e árvores. O autor propõe o jogo como introdução aos conceitos da Teoria dos Grafos e a posterior implementação de classes e algoritmos na linguagem Java a fim de associar o lúdico à prática. Muitos alunos dos cursos de computação apresentam dificuldades nas disciplinas de programação por não terem obtido um bom aproveitamento em disciplinas base, como
27 25 Algoritmos e Lógica de Programação. CORREIA e DOMINGUES (2010) propõem uma atividade que utiliza blocos de montar, como LEGO, por exemplo, para apresentar conceitos iniciais da programação. Nesta atividade os alunos são divididos em grupos e recebem um conjunto de peças. O grupo deve montar uma figura e escrever em uma folha de papel os passos usados para reproduzi-la. As instruções são entregues a outro grupo, que sem conhecer o aspecto do objeto montado tentarão construí-lo. A Figura 14a mostra o resultado de tentativas iniciais, quando os alunos ainda não conhecem conceitos de padronização da linguagem. Neste caso a figura reproduzida (à direita) difere completamente do original (à esquerda). Em tentativas posteriores, após aprender alguns conceitos básicos, os alunos conseguem reproduzir com perfeição qualquer figura construída pelo grupo adversário, como pode ser visto na Figura 14b. Segundo CORREIA e DOMINGUES (2010), o rendimento e interesse das turmas aumentaram após aplicação desta atividade. (a) (b) Figura 14: Blocos de montar para o ensino de Algoritmos Fonte: CORREIA e DOMINGUES (2010) Para ensinar conceitos de orientação a objetos e padrões de projeto, HANSEN (2004) desenvolveu o jogo The Game of Set, que consiste em um baralho com figuras geométricas que possuem, cores, quantidades e preenchimentos variados. O jogador tem como objetivo formar um conjunto de três cartas em que cada característica seja a mesma em todas ou que a característica seja diferente em todas. A Figura 15a apresenta um conjunto válido, pois as três cartas escolhidas possuem o mesmo tipo de preenchimento (tracejado), e a mesma cor, além de ter quantidades diferentes e
28 26 formas geométricas diferentes. Já na Figura 15b encontra-se um conjunto inválido, pois apesar da cor ser a mesma em todas, as figuras serem diferentes em todas, o preenchimento combina apenas na primeira e segunda cartas da Figura 15b e a quantidade de símbolos apenas na primeira e terceira cartas da mesma figura. Após conhecer o jogo, os alunos devem implementá-lo em linguagem Java, construindo as classes necessárias para representar as cartas e observar o polimorfismo existente. Também são introduzidos os padrões de projeto Strategy, Factory e Flyweight, além de utilizar o pacote gráfico AWT da linguagem Java. (a) (b) Figura 15: Jogo de cartas que ensina sobre polimorfismo e padrões de projeto Fonte: HANSEN (2004) COMPLUBOT (2011) desenvolveu um jogo de cartas (Figura 16) para ensinar a sintaxe utilizada na programação de micro controladores da plataforma ARDUINO. Cada carta possui palavras chaves que representam funções, nomes de variáveis e valores. O objetivo do jogador é obter pontos ao formar comandos válidos. Figura 16: Jogo de cartas que ensina programação de microcontroladores Fonte: COMPLUBOT (2011)
29 27 Uma experiência foi conduzida com crianças e teve resultado positivo. O jogo despertou o interesse e facilitou discussões sobre a linguagem de programação. BÖRSTLER e SCHULTE (2005), sugerem um jogo que usa cartões criados pelo jogador que descrevem variáveis e ações que podem ser realizadas por um objeto. O jogo funciona como uma peça teatral onde cada aluno representa um objeto e deve seguir o roteiro descrito no cartão enquanto interage com outros participantes. Este jogo requer a participação de um professor ou facilitador que possa transmitir os conceitos de orientação a objetos enquanto a partida segue seu curso. É indicado para grupos com muitos participantes. KIM, et al. (2006), propuseram um jogo de cartas para ensinar a troca de mensagens entre objetos e outros conceitos da programação orientada a objetos. As cartas são construídas pelo jogador com perguntas e respostas sobre um tema escolhido previamente. Cada carta só pode realizar as perguntas nela escritas e responder perguntas para as quais possui resposta válida. Com esse jogo é possível ensinar os conceitos de classe, instância, abstração, herança, etc., sem que seja preciso usar termos técnicos que assustam os iniciantes. A seção 2.4 apresenta um panorama de como se encontra o atual mercado de jogos de cartas no mundo e no Brasil, a fim de justificar a escolha deste tipo de mídia para o desenvolvimento deste trabalho. 2.4 O MERCADO DOS JOGOS DE CARTAS Um dos mais populares card game da atualidade, Magic: The Gathering (WIZARDS OF THE COAST, 2011), foi publicado pela primeira vez em 1993 e deu origem ao conceito de jogos de cartas colecionáveis; uma indústria que somente nos Estados Unidos faturou cerca de 800 milhões de dólares em 2008 (DAVID-MARSHALL, VAN DREUNEN e WANG, 2010), sendo Magic: The Gathering responsável por 46,8% deste mercado. Em 2011, Magic: The Gathering (Figura 17) possui cerca de 12 milhões de jogadores no mundo (ICV2, 2011), não se limitando apenas às cartas impressas, pois existem versões eletrônicas do jogo que proporcionam disputas on-line contra jogadores de qualquer lugar do mundo. No Brasil os produtos da linha Magic: The Gathering são distribuídos por Devir Livraria (DEVIR, 2011).
30 28 Figura 17: Cartas colecionáveis de Magic: The Gathering Fonte: WIZARDS OF THE COAST (2011) A versão digital de Magic: The Gathering (Figura 18), para a rede de jogos on-line XBOX Live, ultrapassou no ano de 2011 a quantidade de quinhentas mil cópias vendidas (JOYSTIQ, 2011), sem contar as versões disponíveis para o console Playstation 3 da fabricante SONY e para computadores pessoais. O jogo eletrônico on-line há alguns anos já representava aproximadamente 40% do faturamento da empresa desenvolvedora (GAMESPY, 2007). Figura 18: Versão eletrônica do jogo Magic The Gathering Fonte: IGN (2011)
31 29 O comércio de cartas em formato eletrônico tem inspirado outras empresas a investirem neste mercado. Normalmente o jogador tem acesso gratuito a um conjunto limitado de cartas e para conseguir progredir no jogo, é necessário comprar novas cartas pagando através de cartão de crédito. Em alguns jogos também é possível realizar a troca de cartas virtuais com outros jogadores, fazer apostas de cartas, ou conquistar pontos para trocar por novas cartas. Além disso, são promovidos campeonatos mundiais que incluem prêmios em dinheiro. Outro jogo on-line que adotou este modelo chama-se SHADOW ERA (WULVEN GAME STUDIOS, 2011), Figura 19, que além da versão para jogar on-line, através de um navegador web, também possui versões para WINDOWS, MAC, ANDROID e ios. Figura 19: Tela do jogo de cartas on-line SHADOW ERA Fonte: WULVEN GAME STUDIOS (2011) A partir de 1999 outras empresas começaram a apostar neste mercado, lançando produtos baseados em séries de animação, como é o caso dos jogos de cartas YU-GI-OH! (KONAMI, 2011) e POKÉMON TRADING CARD GAME (THE POKÉMON COMPANY, 2011), mostrados na Figura 20, que compartilham 23,6% e 9,8% do mercado de jogos de cartas Americano, respectivamente (DAVID-MARSHALL, VAN DREUNEN e WANG, 2010).
32 30 Figura 20: Cartas colecionáveis YU-GI-OH! e POKÉMON Fonte: THE POKÉMON COMPANY (2011) O modelo de negócios é similar entre tais jogos de cartas colecionáveis: o jogador compra um conjunto inicial de cartas e posteriormente adquire pacotes menores com novas cartas para aumentar sua coleção e opções de estratégia. É algo similar a colecionar álbuns de figurinhas, porém com a vantagem de serem cartas jogáveis. Atualmente tem-se percebido que muitas empresas com atuação no Brasil têm investido na comercialização de jogos no formato card games. Seja através de jogos originais ou pela conversão de populares jogos de tabuleiro. A empresa GROW (2011), desde a década de 1970, produz o jogo de cartas colecionáveis Super Trunfo, que consiste em comparar informações entre duas cartas, vencendo o jogador que possuir o maior número. Existem dezenas de coleções diferentes do Super Trunfo disponíveis para venda, entre elas coleções sobre animais, veículos, personagens de desenhos animados, times de futebol, etc. A partir de 2010, a GROW passou a investir em outros jogos de cartas, como uma conversão do jogo de tabuleiro WAR (Figura 21), fabricado e distribuído pela própria empresa, onde o jogador deve conduzir exércitos e conquistar territórios. A GROW também investiu um conjunto de cartas inspirado no programa televisivo SOLETRANDO (Figura 21), em que é preciso soletrar corretamente cada letra de palavras que são sorteadas no decorrer do jogo.
33 31 Figura 21: Jogos de cartas WAR e SOLETRANDO Fonte: GROW (2011) A ESTRELA (2011), conhecida fabricante de brinquedos, também lançou alguns card games adaptados a partir de populares jogos de tabuleiro, entre eles estão BANCO IMOBILIÁRIO, cujo objetivo é comprar terrenos e construir imóveis; JOGO DA VIDA, onde o jogador deve escolher uma profissão e construir uma família; DETETIVE, onde é preciso encontrar o assassino, a arma e o local onde o crime ocorreu; e COMBATE, um jogo de estratégia militar. A Figura 22 apresenta a embalagem dos quatro jogos citados. Figura 22: Jogos de cartas distribuídos por ESTRELA Fonte: ESTRELA (2011) A HASBRO (2011), grande fabricante mundial de brinquedos, também possui versões em cartas de alguns jogos de tabuleiro, entre eles: MONOPOLY, jogo de compra e venda de terrenos, similar ao Banco Imobiliário ; CLUE, um jogo de investigação semelhante ao Detetive ; Piktureka, jogo cujo objetivo é encontrar figuras; e The Game Of Life Aventuras, um jogo para desenvolver a narrativa onde é preciso contar histórias com os elementos que aparecem nas cartas sorteadas. Esses jogos são apresentados na Figura 23.
34 32 Figura 23: Jogos de cartas produzidos por HASBRO Fonte: HASBRO (2011) Os jogos de cartas lançados pela ESTRELA (2011), GROW (2011) e HASBRO (2011) possuem grande potencial de mercado, pois custa aproximadamente um décimo do valor da versão em tabuleiro e exploram franquias já conhecidas pelo público brasileiro. Em geral estão disponíveis em supermercados, grandes varejistas, farmácias, bancas de jornal, etc. A MATTEL (2011) é distribuidora de um dos jogos de cartas mais conhecidos da atualidade: UNO, cujo objetivo é ser o primeiro jogador a se desfazer de todas as cartas. Além do UNO, ela distribui outros jogos como SKIP-BO, onde é preciso ordenar cartas em seqüencias numéricas para marcar pontos; WHAC-A-MOLE, onde o jogador precisa ser ágil para coletar cartas na mesa quando os jogadores formam pares; e BLINK, um jogo de raciocínio rápido. A Figura 24 ilustra os jogos comercializados pela MATTEL (2011). Figura 24: Jogos de cartas da MATTEL Fonte: MATTEL (2011) Outra empresa que também investe em jogos com cartas é a TOYSTER (2011). Entre eles encontram-se: ROCK N ROLL, um jogo de descarte chamado SUPER CARDS,
35 33 semelhante ao UNO (MATTEL, 2011) em que o jogador deve combinar figuras e descartar; e um jogo original chamado SUPERFÃ, que traz curiosidades sobre um cantor e o jogador deve conquistar mais pontos para vencer. A TOYSTER (2011) também possui uma linha infantil que abrange jogos da memória, e jogos educacionais sobre o alfabeto, números, animais, construção de narrativas, entre outros. Alguns dos jogos são ilustrados na Figura 25. Figura 25: Jogos de cartas produzidos pela TOYSTER Fonte: TOYSTER (2011) A COPAG (2011), empresa nacional com mais de 100 anos de existência e que detém cerca de 90% do mercado nacional de cartas (ISTOÉ DINHEIRO, 2011), diversificou seu catálogo ao adquirir direitos comerciais sobre marcas como DISNEY, DC COMICS, NICKELODEON, STAR WARS, etc., e passou a comercializar dezenas de jogos com personagens destas franquias. Os jogos produzidos pela COPAG incluem variações de dominó, Sudoku e Batalha Naval, mas também apresenta idéias originais, como um jogo educativo para ensino da língua inglesa, o CROSS THE T. Eles são encontrados à venda em lojas on-line, estabelecimentos comerciais diversos e também é ofertado como brinde em algumas redes de fastfood. A Figura 26 ilustra alguns dos jogos da COPAG. A COPAG (2011) também é distribuidora oficial no Brasil do jogo de cartas colecionáveis POKÉMON (THE POKÉMON COMPANY, 2011).
36 34 Figura 26: Jogos de cartas produzidos por COPAG Fonte: COPAG (2011) Também é possível encontrar sites na internet que oferecem jogos de cartas gratuitos que podem ser impressos e jogados. Entre esse sites estão CARD GAME FORGE (2011) que funciona como um repositório onde desenvolvedores independentes de jogos podem distribuir e divulgar suas criações; WTACTICS (2011) oferece um jogo de cartas similar a Magic: The Gathering inspirado em personagens élficos (ainda é um trabalho em desenvolvimento); ORION'S BELL (2011) disponibiliza um conjunto de cartas que faz parte do jogo OZ, inspirado no livro O MÁGICO DE OZ (BAUM, 1900). Além destes, muitos outros sites são encontrados com facilidade através de ferramentas de busca utilizando palavras-chave como: free card game, printable card game, downloadable card game, etc. No Capítulo 3 são apresentados detalhes sobre o desenvolvimento de um card game para o ensino de programação orientada a objetos.
37 35 CAPÍTULO 3 3 DESENVOLVIMENTO DO JOGO DIDÁTICO Projetar um jogo vai além de criar conteúdo e regras. Para BRATHWAITE e SCHREIBER (2009) o projeto de um jogo é o processo de criar objetivos que façam os jogadores sentirem motivados a alcançá-los e criar regras que os ajudem a tomar decisões significativas em sua busca pelo objetivo. Durante o processo de criação, o jogador deve ser o centro das atenções. O desenvolvedor deve colocar-se no lugar do jogador e buscar respostas para perguntas como: Sobre o que é esse jogo?, Como eu jogo?, Como eu ganho?, O que eu preciso fazer?, etc. Não há nada mais importante num jogo do que oferecer opções ao jogador para que ele faça escolhas que o ajude a progredir em direção ao seu objetivo. BRATHWAITE e SCHREIBER (2009) enumeram alguns elementos importantes que devem ser observados durante o projeto de um jogo, entre eles: Ambientação do jogo a criação de um tema para o jogo, uma história, um cenário, etc. Conteúdo do jogo a criação de personagens, itens, enigmas e missões. Interface com o usuário refere-se à como os jogadores recebem informação e interagem com o jogo. Os tabuleiros, cartas ou outros elementos devem apresentar informações que sejam facilmente compreendidas, usadas e interpretadas pelo jogador. Composição literária são diálogos, textos, histórias no ambiente do jogo. Sistema do jogo a criação de regras ou padrões matemáticos fundamentais. Projeto de níveis inclui a criação de mapas, disposição de objetos e desafios deste mapa. As seções deste capítulo apresentam a aplicação de alguns desses elementos durante a criação do jogo em questão.
38 AMBIENTAÇÃO DO JOGO A primeira idéia de ambientação tinha como tema uma era medieval, com reis, cavaleiros e soldados empunhando espadas, lanças, etc., semelhante a um jogo de xadrez. Entretanto após cuidadosa análise, percebeu-se que os conceitos da orientação a objetos se tornariam confusos ao serem aplicados sobre personagens humanos, descartando então este cenário. Optou-se então por elaborar a ambientação do jogo em um cenário futurista, envolvendo robôs, personagens que podem ser facilmente associados à tecnologia dos computadores atuais e possuem a capacidade de serem desmontados e remontados com novas peças que podem agregar novas habilidades. Neste mundo imaginário, existe um torneio esportivo chamado Guerra de Robôs. Cada jogador tem à sua disposição um equipamento que é uma fábrica portátil capaz de montar robôs de batalha (os objetos). Porém, antes que os robôs sejam produzidos, é necessário definir projetos (as classes) que descrevem como os robôs irão funcionar. Quando os robôs saem da fábrica, entram em batalha e podem atacar outros robôs do adversário ou, caso não haja nenhum inimigo, ataca diretamente a fonte de energia da fábrica até que esta seja desligada, impedindo o jogador adversário de continuar o jogo. A Figura 27 ilustra o esporte fictício. Figura 27: Ambientação do jogo
39 37 É nesta ambientação que acontecem as partidas do jogo proposto neste trabalho, que foi denominado como P.O.O. - O Jogo. KIM, et al. (2006), em seu trabalho sobre ensino de programação com uso de jogos, optam por não utilizar um tema fixo, permitindo que um professor facilitador defina o que será abordado antes de cada partida. Apesar de tal característica criar variações, quando os alunos estiverem fora da sala de aula, poderão não conseguir desenvolver adequadamente seus próprios temas, causando problemas na aprendizagem devido a seus erros. Sendo assim, optou-se por um tema pré-definido para este jogo. As seções 3.2 à 3.9 apresentam detalhes sobre o conteúdo desenvolvido para o jogo, mais especificamente o desenvolvimento das cartas que são usadas para jogar e ensinar os conceitos de orientação a objetos. 3.2 VISÃO GERAL DAS CARTAS DO JOGO Para projetar as cartas do jogo, utilizou-se o programa Magic Set Editor (VAN LAARHOVEN, 2011), que possui licença livre e traz modelos de cartas de alguns jogos comerciais populares, entre eles Magic: The Gathering (WIZARDS OF THE COAST, 2011), Yu-Gi-Oh! (KONAMI, 2011), Pokémon Trading Card Game (THE POKÉMON COMPANY, 2011), e outros. Após analisar detalhadamente os componentes apresentados em cada um dos modelos de cartas disponíveis no programa, optou-se por utilizar o modelo ModernStyle - After 8th edition das cartas de Magic: The Gathering, por apresentar áreas delimitadas e permitir a inserção de diferentes elementos em cada área sem causar sobreposição. Apesar de o modelo escolhido oferecer um grande número de combinações entre os elementos disponíveis, definiu-se que as cartas de P.O.O. - O Jogo deveria conter poucos itens para descrever os conceitos a serem ensinados a fim de torná-lo um jogo simples. A Figura 28 apresenta alguns dos elementos que são comumente encontrados.
40 38 Figura 28: Descrição das áreas de uma carta As características apresentadas são: Nome da carta: exibe o nome da variável, do método, da classe, etc. Valor da carta: usado apenas nas cartas de variáveis e constantes, determina o valor inicial atribuído. Imagem: permite ao jogador associar o conteúdo da carta (texto/valores) à ilustração, ajudando-o a memorizar seu conteúdo. Tipo da carta: agrupa as cartas em categorias como variáveis, classes, métodos, edição, etc. Cores: cada categoria de cartas possui uma cor específica que está relacionada a alguma característica da função por ela exercida no jogo. Descrição: um breve texto que explica como a carta deve ser usada no jogo. Autor da carta: nome de quem criou a carta. Outros elementos foram inseridos nas cartas mediante a necessidade de ressaltar algum conceito da orientação a objetos ou destacar algo importante contido no texto descritivo da carta e serão explicados conforme forem apresentados durante o texto. Nos tópicos 3.3 à 3.7 serão apresentados mais detalhes sobre as cartas desenvolvidas bem como sua aplicação aos conceitos da programação orientada a objetos.
41 CLASSES E OBJETOS Entre os principais conceitos da orientação a objetos, estão as Classes e os Objetos. Apesar da convivência cotidiana com inúmeros objetos físicos, ao apresentar aos alunos o conceito de como representar computacionalmente tais elementos, certa dificuldade é percebida. Na literatura são encontradas diversas sugestões sobre como ajudar os alunos a perceberem a diferença destes dois conceitos. SIERRA e BATES (2007) comparam uma classe com uma ficha de cadastro de endereços com campos em branco e os objetos com cada ficha preenchida com dados de diferentes pessoas. SANTOS (2003) exemplifica uma classe como sendo a planta baixa de um prédio, enquanto prédios construídos a partir desta planta são os objetos. BARNES e KÖLLING (2008) citam inúmeros carros e suas características específicas como sendo objetos enquanto a descrição geral de tais características como a classe. ARNOLD, GOSLING e HOLMES (2007) citam uma linha de produção de walkmans onde cada item produzido é um objeto enquanto o projeto é a classe. Após verificar estas e outras sugestões, optou-se por utilizar o exemplo de linha de montagem, em que um projeto em blueprint representa a classe e os itens produzidos representam os objetos. As cartas que representam as classes foram confeccionadas na cor dourada, para enfatizar a importância da classe em um programa orientado a objetos. As ilustrações das cartas desse tipo são inspiradas nas impressões blueprint comuns em projetos de máquinas e equipamentos mecânicos. A Figura 29 ilustra a representação de uma classe através de uma carta de jogo. As classes são usadas para agrupar variáveis e métodos a fim de descrever as características dos objetos que serão criados bem como as ações que estes podem executar. Cartas para representar métodos e variáveis também foram desenvolvidas e são explicadas em detalhes na seção 3.4. Em qualquer uma das variações do jogo, um dos objetivos é criar classes com a maior quantidade de métodos e variáveis, pois desta maneira o jogador terá vantagens sobre seu adversário. Quanto mais métodos a classe possuir, mais ações podem ser realizadas, criando variações de ataque ou defesa. Da mesma maneira, quanto mais variáveis a classe possuir, mais características úteis os objetos criados a partir desta classe possuirão, tornando-se um diferencial durante a partida.
42 40 Figura 29: Carta de classe e sua representação em UML Nos jogos desenvolvidos neste trabalho as classes são formadas colocando-se inicialmente uma carta de classe na mesa e sobre ela quantas cartas de métodos e variáveis o jogador conseguir, obviamente respeitando algumas regras que serão descritas posteriormente na seção 3.8. A Figura 30 ilustra a disposição das cartas que formam uma classe e sua respectiva representação através de um diagrama UML. Figura 30: Exemplo de uma classe com variáveis e métodos e a representação em UML
43 41 Durante o ensino, os alunos são incentivados a desenhar diagramas de classe UML para representar as classes que foram montadas com as cartas do jogo a fim de que possam se familiarizar com a notação. O processo inverso também pode ser aplicado, ou seja, apresentar um diagrama de classe e fazê-los montar a mesma classe usando as cartas de jogo. Após ensinar o conceito de classe, o próximo passo é apresentar o conceito de instâncias de classe, ou objetos. Para SANTOS (2003) um objeto é a materialização de uma classe, podendo ser usado para representar dados e executar operações. Fazendo uma analogia, uma classe não pode atacar um adversário ou defender-se, pois não é mais que um monte de papel com projetos, desenhos, medições e cálculos. Quando os procedimentos nesses projetos são seguidos e as peças são unidas para formar o produto descrito, então haverá algo físico, sólido, um elemento que poderá realizar ações e sofrer reações. As cartas que representam objetos foram definidas na cor cinza, em alusão ao metal necessário para fundição dos robôs. Para que uma carta de objeto possa entrar em jogo é necessário que haja uma classe previamente definida e o objeto poderá realizar todas as ações dos métodos desta classe e possuirá todas as variáveis nela definidas. Elas são dispostas ao lado da carta de classe, conforme demonstrado na Figura 31. Figura 31: Dois objetos criados a partir de uma classe definida pelo jogador
44 42 O BlueJ (KÖLLING, 2011), ambiente de programação desenvolvido especialmente para o ensino de orientação a objetos em Java, permite demonstrar com facilidade a diferença entre uma classe e objetos instanciados a partir dela. Nele é possível representar as classes através de diagramas semelhantes aos da linguagem UML, e os objetos são representados através de retângulos vermelhos, conforme exibidos na Figura 32. Figura 32: BlueJ: ambiente para ensino de orientação a objetos em Java Para instanciar um objeto a partir de uma classe é necessário usar código semelhante ao exibido no Quadro 1. A palavra reservada new é responsável por informar ao compilador que um objeto deve ser criado. Em geral esse código é colocado numa classe à parte, mas no BlueJ é possível instanciar um objeto clicando com o botão direito do mouse sobre a classe e, no menu flutuante que surge, escolhendo-se a opção que contém a palavra new, sem a necessidade de escrever outras classes. Uma comodidade para os estudantes que estão iniciando seus estudos nesta linguagem. Projeto p1 = new Projeto( ); Quadro 1: Código para criação de um objeto As seções 3.4 e 3.5 explicam sobre os elementos que compõem uma classe.
45 VARIÁVEIS E CONSTANTES Para JANDL JUNIOR (2007), uma variável é um nome definido pelo programador ao qual pode ser associado um valor pertencente a certo tipo de dados e armazenado em um conjunto de posições da memória do computador. Em geral os programas de computador utilizam espaços reservados na memória do computador para armazenar dados pré-definidos no código fonte, calculados durante o funcionamento do programa ou que fornecidos pelo usuário através do teclado e caixas de diálogo das interfaces gráficas. A maioria das linguagens de programação adota algumas regras para a definição de variáveis, como por exemplo, não usar caracteres especiais como asterisco, hífen, e outros, além de excluir algumas palavras reservadas, como new, static, public, etc. Ao representar uma variável no código fonte é necessário informar: um tipo de dado, que pode ser inteiro, caractere, lógico, ou outro tipo definido pelo programador; um nome único, em geral que descreva o propósito desta variável; e opcionalmente pode-se informar um valor que será atribuído à variável em sua inicialização. Um exemplo válido para a declaração de variáveis em Java é o código mostrado no Quadro 2. int energia = 2; Quadro 2: Código para declaração de uma variável em Java As cartas que representam a declaração de variáveis foram desenhadas de maneira a apresentar todos os elementos existentes na linha de comando do Quadro 2. Conforme se observa na Figura 33, no canto superior da carta, à esquerda, está registrado o nome da variável; no canto superior, à direita, no interior do círculo, está o valor armazenado por esta variável em sua inicialização, ou seja, quando a carta entrar em jogo, ela possuirá este valor; e, por fim, abaixo da imagem, à direita da palavra variável, o tipo de dado (inteiro) aparece em destaque. A cor verde foi escolhida para as cartas de variáveis em alusão à permissão para
46 44 modificar o valor armazenado, pois durante o jogo, o valor pode aumentar ou diminuir em decorrência da ação de outras cartas, e o novo valor substitui o valor impresso na carta. Figura 33: Carta que representa uma variável Outro tipo de dado que foi representado nas cartas foi o tipo lógico (boolean), que armazena exclusivamente os valores verdadeiro ou falso. Cartas com este tipo de dado são usadas para representar uma habilidade que pode ser ativada ou desativada durante a partida. A Figura 34 ilustra como são representados os valores verdadeiro e falso. Figura 34: Representação de valores lógicos
47 45 Devido à representação do valor usar o posicionamento da carta na horizontal ou vertical, foi necessário limitar o uso de apenas uma habilidade em cada classe, pois de outra maneira seriam necessários elementos externos para representar os valores. Tipos de dados como String, Double, Float e outros são introduzidos através de exemplos e exercícios fora do contexto deste jogo. O mesmo é feito para explicar sobre promoção e coerção de tipos (typecasting), que se refere à atribuição entre diferentes tipos de dados. Em certos programas utilizam-se valores fixos que não podem ser alterados durante a execução, chamados de constantes. Em Java esses valores são conhecidos como variáveis finais. Algumas cartas foram identificadas como constante ao invés de variável e não podem sofrer ação de cartas que modificam o seu valor. A Figura 35 exibe uma carta constante. Figura 35: Carta de valor constante Para a declaração de constantes, utiliza-se o modificador final conforme mostrado no código do Quadro 3. final int forca = 4; Quadro 3: Código para declaração de uma variável em Java
48 46 Ao explicar sobre o modificador final, pode-se também introduzir outros modificadores como static, public e private, explicando ao aluno as funções realizadas quando aplicadas às variáveis. Algumas cartas foram definidas com o propósito de modificar o valor das cartas de variáveis durante a partida. As cartas Incremento e Decremento trazem em seus textos uma restrição que determina que esta carta não pode modificar o valor de Constantes, conforme exibido pela Figura 36. Desta maneira o aluno pode perceber a diferença entre as duas formas de armazenamento de dados na memória. Figura 36: Carta para modificação de valores Na Figura 37 é possível visualizar a mensagem de erro que o compilador Java apresenta quando se faz uma tentativa de modificar o valor de uma constante. Ao implementar este código o aluno perceberá que a modificação não é permitida devido à diretiva final aplicada durante a declaração da variável. Figura 37: Mensagem de erro ao tentar modificar o valor de uma constante
49 47 As cartas de incremento e decremento também são úteis para introduzir os operadores aritméticos de incremento e decremento, que em Java são representados pelos operadores ++ (mais, mais) e pelo operador (menos, menos), respectivamente. Além destes, os demais operadores aritméticos também são apresentados, porém serão utilizados mais regularmente ao trabalhar com as cartas de métodos, que serão apresentadas na seção 3.5. Para ensinar sobre o escopo de variáveis globais (de instância) e variáveis locais (temporárias), algumas cartas trazem em seu texto a restrição até o final do turno, significando que as modificações aplicadas aos valores não são permanentes, e desaparecem logo que o método encerra. Modificações que permanecem após o encerramento do turno estão relacionadas às variáveis globais enquanto as modificações descartadas ao final de uma jogada estão relacionadas às variáveis locais. O Quadro 4 apresenta um código que ilustra o uso de variáveis globais e locais. Ao executar as linhas 6 e 7, serão impressos na tela os valores das variáveis globais (3 e 2, respectivamente). Nas linhas 9 e 10 são declaradas variáveis locais com o mesmo nome das variáveis globais e os valores são invertidos. Ao executar as linhas 12 e 13, que é o mesmo das linhas 6 e 7, serão impressos os valores das variáveis locais (2 e 3, respectivamente). Quadro 4: Exemplo de variáveis globais e variáveis locais
50 48 Com o auxílio do software BlueJ (KÖLLING, 2011), o aluno pode inspecionar o conteúdo de objetos instanciados e observar que ao criar um objeto, o valor inicial das variáveis força e escudo são 3 e 2, respectivamente (Figura 38a). Ao executar o método, as variáveis locais são criadas e os valores invertidos são apresentados (Figura 38b). Após a finalização do método, uma nova inspeção é realizada e observa-se que os valores permanecem como no início, pois as variáveis locais são temporárias e foram destruídas (Figura 38c). (a) (b) (c) Figura 38: Exemplo de variáveis globais e locais Nas linhas 9 e 10 do Quadro 4 utiliza-se a referência this que permite ao objeto referenciar suas variáveis de instância, mesmo que possuam nomes idênticos aos das variáveis locais. Este conceito pode ser explicado aos alunos neste momento, se o professor julgar adequado. A seção 3.5 trata das cartas de métodos e das ações por elas realizadas. 3.5 MÉTODOS De acordo com JANDL JUNIOR (2007), os métodos, que também são chamados de operações ou funções-membro, são sub-rotinas associadas aos objetos, que possuem trechos de código que permitem realizar ações ou transformações sobre os valores dos atributos de tais objetos, modificando seu estado e proporcionando o comportamento desejado. Os métodos são formados por duas partes: um cabeçalho, que é composto pelo nome do método e pode também conter parâmetros, tipos de retorno e modificadores como public ou private, por exemplo; e pelo código a ser executado, também chamado de corpo do