BlockIT: Interfaces Tangíveis para Educação Musical BlockIT

BlockIT: Interfaces Tangíveis para Educação Musical
BlockIT: Tangible Interfaces for Music Education
Roberta Mota, Guilherme Reis,
Rafael Roberto, Veronica Teichrieb
Voxar Labs
Centro de Informática - UFPE
Recife, Brasil
{rcm4, grrbm, rar3, vt}@cin.ufpe.br
Resumo—Este trabalho apresenta BlockIT, um jogo baseado
em interfaces tangíveis para auxiliar o ensino de teoria musical.
Esta aplicação foi concebida especificamente para crianças,
através de técnicas de design e pesquisas. O design da interface
do sistema, tanto gráfica quanto tangível, foi desenvolvido para
ser intuitivo e visualmente atrativo. Blocos de madeira são
utilizados como a interface tangível de entrada do sistema e
a saída é mostrada em uma interface gráfica separada. Os
blocos são rastreados através de marcadores do tipo ID-based.
O BlockIT foi analisado em duas perspectivas: em relação ao
potencial educacional, por professores de música, e à experiência
de uso, por alunos de música. Da primeira análise, os educadores
consideraram o BlockIT como uma potencial ferramenta de
apoio ao ensino. Da segunda análise, de acordo com as crianças
consultadas, o jogo foi classificado como divertido e feedbacks
foram recolhidos para desenvolver cenários ainda mais educativos
e desafiadores.
Keywords—interface tangível; jogo; teoria musical
Abstract—This paper introduces BlockIT, a game based on
tangible interfaces that aims to assist teaching music theory.
This application has been conceived specifically for children
by design techniques and research. The system interface, both
graphical and tangible, was designed to be intuitive and visually
attractive. Wooden blocks are used as tangible input interface
and the output is displayed in a separate GUI. The blocks are
tracked using ID-based markers. BlockIT has been analyzed from
two perspectives: the educational potential, by music teachers,
and the user experience, by music students. Regarding the
first analysis, educators considered BlockIT as a potential tool
to support teaching. On the second analysis, according to the
children consulted, the game was labeled as fun and feedbacks
were collected to develop further educational and challenging
scenarios.
Keywords—tangible interface;game;music theory
I.
I NTRODUÇÃO
No método tradicional de ensino, o qual é utilizado em
grande parte das escolas no país, o foco se encontra no
professor. Ele é o detentor do conhecimento a ser repassado
ao aluno por meio do aprendizado mecanizado, que leva
o estudante a decorar e repetir o conhecimento que lhe é
transmitido [1]. No entanto, novos princípios pedagógicos vêm
sendo aplicados no intuito de melhorar o processo de ensinoaprendizagem infantil. Em particular, o método construtivista
defende que o conhecimento é ativamente construído pelo
sujeito, e não passivamente recebido do educador [2].
André Santos, José Araújo
Centro de Informática - UFPE
Recife, Brasil
{ass4, jasn}@cin.ufpe.br
Neste contexto, uma abordagem construtivista que vem
ganhando espaço em ambientes de ensino infantil é a educação
lúdica na qual o conhecimento é adquirido sem que a criança
perceba que está aprendendo [3]. Este cenário pode ser
alcançado através de atividades e jogos que incitem a criança
a efetivamente participar da construção do conhecimento. Por
sua vez, é sabido que o uso de recursos tecnológicos estimula
a participação e possui grande valor motivacional, uma vez
que as novas tecnologias despertam a curiosidade e interesse
nas crianças.
Interfaces tangíveis são consideradas uma nova abordagem
para a computação em prol da educação, e vêm se popularizando como uma alternativa à interface de usuário tradicional.
Interfaces tangíveis fazem uso de artefatos físicos, os quais
são utilizados tanto para representar quanto para controlar
informação digital [4]. Em particular, interfaces palpáveis
na área de educação são recursos didáticos inovadores que
trazem vantagens como, por exemplo, engajamento sensorial,
acessibilidade e aprendizado mais divertido e interativo [5].
Neste contexto, o presente trabalho apresenta o BlockIT,
uma plataforma para ensino de teoria musical que faz uso
de marcadores do tipo ID-based dispostos em blocos. Esses
blocos atuam como a interface tangível de entrada e a saída é
mostrada em uma interface gráfica separada. As contribuições
deste trabalho são:
1) Um jogo musical baseado em interfaces tangíveis que se
propõe a ensinar conceitos básicos de teoria musical para
crianças;
2) Uma análise educacional na qual os professores entrevistados afirmaram que esta plataforma pode assessorar
substancialmente o ensino de teoria musical;
3) Uma avaliação da experiência do usuário, na qual crianças
praticaram conceitos inerentes à musicalidade através da
interação com o jogo.
Este trabalho está organizado como segue: a seção II
apresenta os trabalhos relacionados; a seção III descreve a
concepção, jogabilidade, aplicação, arquitetura e o desenvolvimento do BlockIT; a seção IV mostra os resultados obtidos;
por fim, a seção V apresenta conclusões e direções futuras para
este trabalho.
II.
T RABALHOS R ELACIONADOS
No contexto de educação musical infantil, jogos e
ferramentas digitais surgiram como uma alternativa à corrente
tradicional, buscando divertir e engajar crianças. A Theta
Music Trainer [6], por exemplo, possui um vasto catálogo de
jogos online divididos pelos tópicos abordados, como escalas,
intervalos, ritmo, notação etc. O Flash Notation, ilustrado na
Figura 1, é um dos jogos presentes no catálogo. Ele se propõe
a ensinar conceitos básicos de notação musical, como por
exemplo reconhecer o nome das notas na pauta musical em
diferentes claves.
Figura 3. O Children’s Music Journey em execução. Uma versão animada
de um compositor famoso dita as instruções (dir.). Uma criança manuseia o
teclado que acompanha o produto (esq.).
Interfaces tangíveis também constituem uma alternativa
bastante explorada na educação musical. Isto porque o uso
de objetos concretos é simples e natural para a criança,
além de estabelecer um ambiente mais interativo. Nesse
contexto, o muSurface [10] é uma superfície tabletop para
o ensino interativo de notação musical básica para crianças.
Nele, as crianças podem explorar símbolos musicais tangíveis,
colocando-os sobre pautas musicais virtuais exibidas sobre a
superfície do jogo. Em seguida, o sistema reproduz a melodia
composta resultante com base nas imagens infravermelhas
detectadas na superfície (Figura 4).
Figura 1. Interface do jogo “Flash Notation”. Uma nota musical é exibida
na pauta. Logo abaixo há uma lista de possiveis opções. Os círculos azuis
representam o tempo para clicar na opção correta. A tolerância máxima é de
três erros.
Um segundo exemplo é o TuneTrain [7], um aplicativo
de composição musical para iPad desenvolvido para crianças
acima de oito anos. Utilizando uma experiência visual
semelhante a um jogo e uma analogia não-musical a fim de
atrair jogadores sem formação musical, ele busca promover a
aprendizagem incidental para envolver as crianças com teoria
musical (Figura 2).
Figura 4. O muSurface em execução. O estudante manipula e brinca com
as notas musicais colocando os objetos tangíveis na mesa e recebe feedback
audiovisual instantâneo.
Figura 2. Screenshot do “TuneTrain” mostrando vários tipos de construções
bem como a notação musical da melodia..
Algumas ferramentas digitais proporcionam uma maior
interação, desenvolvendo uma combinação de conhecimentos
teóricos e práticos nos alunos. Um exemplo é o Children’s
Music Journey, um programa interativo que utiliza um
teclado MIDI conectado a um computador e incorpora a
metodologia “ensinar, praticar, aplicar” [8] (Figura 3). Através
de atividades, jogos e aulas ministradas por personagens
animados de famosos compositores e artistas, este software
ensina a crianças conceitos musicais, tocar piano, compor e
improvisar [9].
Já o MusicTable [11] permite a composição de padrões
musicais quando cartões são dispostos sobre uma mesa.
Quando um usuário coloca um cartão na superfície, a nota
associada é tocada e, em um monitor, é exibido um conteúdo
aumentado representando a nota que está sendo manipulada.
Outros cartões podem ser dispostos sobre a mesa para formar
um padrão musical. Padrões, por sua vez, podem ser salvos em
“cartões de frase especial”, os quais podem ser combinados a
fim de criar faixas musicais. O sistema está ilustrado na Figura
5.
O Guitar Hero [12] e o Pump It Up [13] são dois
jogos musicais que possuem ampla aceitação por crianças e
adolescentes. O primeiro jogo utiliza como controlador uma
guitarra cujos botões devem ser pressionados no momento
em que as notas musicais se deslocam no monitor do jogo.
O segundo é uma simulação de dança. Há cincos botões
dispersos em uma plataforma e, no decorrer da música tocada,
sequências de setas irão aparecer. O jogador deve pressionar as
setas no momento em que elas entrarem na “sequence zone”
além de intuitivo para uso. Para este fim, inicialmente foram
elaborados padrões baseados em imagens, conforme pode ser
visto na Figura 6a. No entanto, uma dificuldade encontrada
com o uso destes padrões foi na captura paralela de todos
os sete marcadores que compõem o jogo. Devido à distorção
radial da câmera, o rastreamento de alguns marcadores,
principalmente os localizados nas laterais, perdia robustez e,
consequentemente, a performance do jogo era afetada. Uma
solução encontrada foi o uso de marcadores do tipo ID-based,
como mostrado na Figura 6b.
Figura 5. Crianças interagem com o MusicTable. A posição de um cartão
em relação ao eixo que se afasta (ou se aproxima) do usuário determina o
tom da nota a ser tocada. A sua posição da esquerda para a direita define a
temporização da nota num intervalo que fica em loop.
existente na parte superior da tela.
O BlockIT, apresentado neste trabalho, possui características que se assemelham aos dois últimos jogos musicais
mencionados acima. Entretanto, diferentemente da finalidade
de puro entretenimento que estes possuem, o jogo criado
também tem propósito educacional.
É importante ressaltar que, até o presente momento,
grande parte das ferramentas e jogos musicais encontrados
na literatura não têm sido especificamente projetados para
crianças e/ou não se encaixam no perfil de ferramenta
educacional. Desta maneira, a relevância do BlockIT também
está no fato de que há uma escassez de ferramentas voltadas
ao ensino de música para crianças na atualidade.
III.
B LOCK IT
O presente trabalho apresenta BlockIT, um jogo que
possui uma interface tangível para ampliar a experiência de
aprendizado de teoria musical para crianças. Assim, explora
os benefícios do aspecto físico do modelo tangível associado
à flexibilidade dos sistemas computacionais. Os processos para
conceber e desenvolver esta solução são descritos nesta seção.
A. Concepção
A concepção do BlockIT dividiu-se em três estágios.
Primeiramente, uma pesquisa foi realizada com o intuito de
descobrir e analisar jogos musicais populares entre crianças.
Dentre os jogos analisados, o Guitar Hero e o Pump It Up se
sobressaíram com um grau de inovação e criatividade capazes
de energizar e envolver crianças durantes longos períodos.
Em seguida, no segundo estágio, realizou-se uma sessão de
ideação, conduzida por quatro pessoas, a fim de gerar uma
aplicação com foco nas áreas de jogos e música. Ao fim
da sessão, que teve duração média de uma hora, as ideias
levantadas foram analisadas e, no fim, houve um consenso
pela proposta do BlockIT.
No último estágio, o design da interface foi planejado
e desenvolvido para ser visualmente atrativo para a criança,
Figura 6. Exemplos de a) marcadores baseados em imagens inicialmente
elaborados para compor a interface do BlockIT e de b) marcadores ID-based
utilizados na atual versão do jogo.
B. Jogabilidade
A jogabilidade do BlockIT é simples: há blocos de cores
distintas dispostos ao redor do jogador, cada um referente a
uma nota musical. Os blocos são dispostos, da esquerda para a
direita, de acordo com a escala musical crescente (dó, ré, mi,
fá, sol, lá, si, nesta ordem), como mostrado na Figura 7. A fim
de auxiliar jogadores sem formação musical, o jogo estabelece
uma relação entre cores: um bloco na cor “x” terá a referente
nota desenhada no monitor com a mesma cor. Durante o jogo,
ao som de um metrônomo, uma pauta musical é exibida em
um monitor, ao passo que uma sequência de notas irá aparecer
da direita para a esquerda. O jogador deve pisar no bloco
referente à nota musical no momento em que esta entrar na
“play zone”, conforme mostrado na Figura 8. Caso o jogador
pise corretamente no bloco correspondente à nota, o som da
nota é tocado e o número de acertos é incrementado. Se não
conseguir pisar a tempo, ou se pisar no bloco correspondente
à nota errada, o número de erros é incrementado.
C. Aplicação
Conforme mencionado na subseção anterior, durante o
jogo, o jogador deverá pisar nos blocos correspondentes às
notas que aparecem sequencialmente. O BlockIT correlaciona
a ação de pisar do jogador com a oclusão de um marcador.
Assim, cada bloco possui um marcador do tipo ID-based que
será rastreado pela câmera durante o decorrer do jogo.
No entanto, para garantir uma maior robustez no rastreamento dos marcadores, uma etapa de configuração de
marcadores foi inserida antes do início do jogo. Durante esta
etapa, as imagens capturadas pela câmera são mostradas ao
Figura 7.
Blocos dispostos ao redor da área do jogador (em azul).
Figura 9. a) Marcadores não configurados são rastreados e modelos 3D cinzas
são posicionados sobre os mesmos. b) Imagem exibe marcadores configurados.
Figura 8.
Monitor exibe nota musical na “play zone”.
jogador. Fazendo uso de realidade aumentada, modelos 3D
na cor cinza são posicionados sobre cada marcador rastreado,
conforme pode ser visto na Figura 9a.
E. Arquitetura
Conforme mencionado na subseção anterior, pode-se
dividir a arquitetura básica do sistema em dois módulos: AREL
e Qt C++. Os principais componentes de cada módulo podem
ser vistos na Figura 10.
Uma vez que um marcador é rastreado, um timer se inicia
para que, após três segundos, a aplicação verifique o estado
do referente marcador. Caso o rastreamento tenha perdurado
durante o intervalo de três segundos, o marcador é considerado
configurado e seu modelo 3D correspondente torna-se colorido,
como mostrado na Figura 9b. No momento em que todos os
marcadores que compõem o jogo estão configurados, o jogador
poderá iniciar o jogo.
D. Desenvolvimento
O BlockIT foi implementado em AREL (Augmented
Reality Experience Language), uma linguagem de script
desenvolvida pela Metaio [14] que faz uso de tecnologias Web
comuns, tais como HTML5, XML e Javascript. A escolha desta
linguagem se deu uma vez que o uso de AREL, juntamente
com o SDK da Metaio, permite criar soluções independentes
de plataforma, como Android, iOS, Windows e Unity. Para
fins deste trabalho, a plataforma utilizada foi a Windows.
Neste cenário, é utilizado um módulo baseado em Qt [15],
na linguagem de programação C++, que atua como interface
entre o SDK da Metaio e o módulo AREL.
O rastreamento dos marcadores ID-based e a renderização
do conteúdo virtual sobre os mesmos é realizado com o
SDK da Metaio. Esta escolha se deu porque este provê uma
maior abstração no desenvolvimento de soluções de realidade
aumentada. Além disso, possui técnicas de rastreamento
robustas para o BlockIT e fornece uma licença gratuita para
diversas plataformas, incluindo o Windows.
Figura 10.
Arquitetura básica do BlockIT.
1) arelConfig: arquivo XML responsável pela definição do
conteúdo estático. Este arquivo indica o conteúdo virtual a ser
carregado pelo SDK da Metaio, além de propriedades destes
objetos, como sistema de coordenadas, transformações etc.
Este componente também especifica o conteúdo Web (HTML,
CSS e Javascript) a ser utilizado na interface, além do arquivo
de configuração de tracking, utilizado pela Metaio.
2) arelLogic.js, arelTemplate.html, arelStyle.css: camada
HTML5 que provê a interface gráfica com o usuário. No
caso do BlockIT, a pauta musical, a animação sequencial da
notas e as variáveis de controle do jogo, como tempo das
notas, número de acertos e erros. A lógica de aplicação do
Javascript também trata alguns callbacks e eventos lançados
pelo SDK da Metaio. Em particular, o tratamento de eventos
de tracking, rastreamento ou perda de marcadores, compõe
uma parte essencial da lógica do jogo.
•
•
utilizar a fórmula do compasso no início da música;
colocar o travessão duplo ao final, indicando que esta
terminou.
3) SceneBase: subclasse do componente QGraphicsScene
(Qt), sendo a responsável por controlar o workflow da
aplicação, inicialização do SDK da Metaio e dos sensores.
A partir da avaliação dos professores, é possível perceber
que o BlockIT recebeu uma aceitação positiva. Segundo eles,
o jogo tem grande potencial de ser utilizado em sala de aula.
4) ARELScene: subclasse de SceneBase, responsável por
carregar os assets utilizados pela aplicação e os arquivos
AREL. Esta classe também é responsável por inicializar
o interpretador AREL, componente do SDK da Metaio, e
tratar eventos lançados através de interações do usuário. Em
particular, esta classe carrega o conteúdo HTML5 em um
componente QGraphicsWebView (Qt) para, em seguida, exibílo.
B. Avaliação do Aluno
IV.
R ESULTADOS
O BlockIT1 foi avaliado em duas diferentes perspectivas:
(i) do ponto-de-vista do professor, analisando o potencial
pedagógico e a possibilidade de usá-lo como ferramenta de
auxílio ao ensino de teoria musical; (ii) do ponto-de-vista da
criança, na expectativa de entusiasmo e uma maior vontade de
aprender teoria musical por meio deste jogo.
A. Avaliação do Professor
A primeira avaliação analisou a possibilidade de uso
do BlockIT como ferramenta de suporte ao ensino. Dois
professores de música e canto infanto-juvenil, de duas igrejas
locais, participaram do processo avaliativo. Os educadores
possuíam pouco ou nenhum conhecimento prévio em jogos
tecnológicos educacionais. A avaliação foi realizada em três
estágios: inicialmente foi explicado o conceito do BlockIT;
em seguida, os professores observaram os alunos praticando;
por fim, responderam a uma entrevista semiestruturada. Os
professores foram questionados a respeito do jogo no que
tange à possibilidade deste, de fato, auxiliar no ensino da
teoria musical. Além disso, as questões também abrangeram
possíveis sugestões que os educadores pudessem oferecer para
melhorar o jogo, e o conteúdo específico que eles acreditavam
ter sido passado por ele.
Os professores concordaram que o BlockIT auxilia no
ensino da teoria musical. Segundo eles, os principais conteúdos
abordados pelo jogo são: leitura das notas musicais na pauta,
ritmo e andamento de compasso. Alguns educadores ainda
citaram que, além da teoria, o jogo é um grande colaborador
no desenvolvimento do gosto musical, uma vez que é atrativo
e prende a atenção dos alunos.
Sugestões foram propostas pelos professores com o
objetivo de tornar o jogo ainda mais educativo, tais como:
•
•
•
criar variações de andamento do metrônomo;
utilizar diferentes tipos de claves;
inserir músicas com variações rítmicas em sua
melodia;
1O
BlockIT pode
http://goo.gl/FaEhOS
ser
visto
no
vídeo
que
encontra-se
em
A segunda avaliação do BlockIT analisou a experiência do
usuário e capacidade de ensino lúdico. A proposta era analisar
se o jogo proporciona uma experiência agradável e divertida
para a criança, ao mesmo tempo em que ensina implicitamente
conceitos de teoria musical. Para esta avaliação, foram
selecionadas quatro crianças para compor dois grupos iguais
de jogadores: um formado pelos que possuíam conhecimento
prévio de teoria musical, conhecidos como musicalizados,
e um grupo formado por aqueles que não tinham nenhum
conhecimento musical prévio.
Inicialmente, foi explicado aos alunos a proposta inicial do
BlockIT e, em seguida, eles começaram a interagir com o jogo.
Eles foram observados, avaliados e incentivados a comentar
sobre a experiência que tiveram. Cada criança foi observada
durante uma série de três rodadas.
As crianças com conhecimento prévio de música inicialmente não sentiram dificuldade alguma. No entanto, em
um segundo momento, a configuração dos marcadores foi
modificada, criando um desafio para as crianças, inclusive as
musicalizadas. Esta dificuldade pode ter surgido uma vez que
houve uma quebra no paradigma de uso da escala musical
crescente, o qual é tradicionalmente utilizado. Com o aumento
do nível de dificuldade, houve uma resposta positiva das
crianças. Elas demonstraram mais entusiasmo e interesse pelo
jogo.
Para o grupo de crianças que não possuía conhecimento
prévio de teoria musical, o jogo se tornou mais desafiador.
Como elas não sabiam ler as notas musicais, se guiaram
pela relação existente entre as cores. Observou-se que o
entusiasmo e a atenção deste grupo foram mais elevados
quando comparados com as crianças musicalizadas. Acreditase que este comportamento ocorreu porque, para este grupo,
não somente a dinâmica como também o conteúdo do jogo era
algo novo, o que incitava curiosidade.
Além disso, foi notado que, durante a interação entre as
crianças e o jogo, estas estavam desenvolvendo habilidades
e conhecimentos relacionadas à musicalidade. Um exemplo
que pode ser citado é o senso rítmico: as crianças pisavam
nos blocos na mesma cadência do metrônomo tocado ao
fundo. Além disso, algumas crianças, ao final de uma série
de rodadas do jogo, mostraram-se aptas a identificar notas na
pauta musical.
No final, as crianças classificaram o jogo como divertido
e intuitivo. Entretanto, algumas o consideraram pouco desafiador. Nestes casos, sugestões foram levantadas para elevar o
nível de dificuldade, como por exemplo: modificar a pauta
musical no decorrer do jogo, criar cenários em que mais
de um bloco seja pisado simultaneamente e inserir sinais de
modificação, como bemóis e sustenidos.
V.
C ONCLUSÕES
Este trabalho apresentou BlockIT, um jogo musical
educativo baseado em interfaces tangíveis. Este foi concebido
através de pesquisas e técnicas de design. A interface do jogo
foi projetada com o intuito de atrair o interesse da criança
e, paralelamente, ser intuitiva a fim de criar uma experiência
agradável com os artefatos tangíveis.
A aplicação possui marcadores ID-based dispostos em
blocos de madeira. Estes padrões são rastreados usando o SDK
da Metaio, também responsável pela renderização do conteúdo
virtual sobre os marcadores.
O BlockIT foi proposto como uma ferramenta intuitiva e
divertida que utiliza uma abordagem lúdica para auxiliar no
ensino de teoria musical. Assim, análises foram realizadas
com professores e crianças a fim de verificar se essa proposta
havia sido alcançada. Tanto os educadores como os alunos
avaliaram positivamente o jogo em relação ao potencial uso
como ferramenta educacional e ao divertimento proporcionado.
A. Trabalhos Futuros
Para versões futuras do BlockIT, o entrave no uso dos
marcadores baseados em imagens deverá ser resolvido. Isto
é desejável porque acredita-se que o uso destes marcadores
deva ser mais intuitivo para a criança, uma vez que aumenta
a transparência de uso dos blocos tangíveis. Também como
planejamento futuro, deve-se organizar o jogo por níveis. A
cada nível, novos conceitos de teoria musical serão abordados
e, paralelamente, o nível de dificuldade será incrementado.
R EFERÊNCIAS
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