Nome do Projeto
Gamificação Baseada em Teoria dos Jogos no Ensino de Matemática para Engenharia: Uma Investigação Quase-Experimental
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
15/12/2025 - 15/12/2029
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
Este projeto propõe o desenvolvimento e a avaliação de uma abordagem inovadora para o ensino de matemática em cursos de engenharia, fundamentada na gamificação estruturada por modelos da Teoria dos Jogos e na análise de seus efeitos sobre aprendizagem, desempenho e engajamento. A proposta parte da premissa de que estudantes de engenharia respondem positivamente a ambientes de aprendizagem que incorporam competição saudável, cooperação estratégica, recompensas condicionais e tomadas de decisão sob incerteza — elementos formalmente modelados pela Teoria dos Jogos. Assim, ao invés de aplicar gamificação apenas como um conjunto de elementos lúdicos, o projeto se distingue por fundamentar a mecânica pedagógica em princípios matemáticos (jogos de soma zero, de coordenação, repetidos, etc.).
A abordagem adotará um desenho quase-experimental, necessário em contextos educacionais reais, onde não há possibilidade de randomização plena das turmas. Assim, diferentes grupos naturais — turmas e cursos distintos — serão comparados por meio de pré-testes e pós-testes, com análise estatística baseada em ANCOVA (ou MANCOVA) e modelos de regressão, permitindo controlar diferenças iniciais entre os grupos. A intervenção gamificada incluirá elementos derivados diretamente da Teoria dos Jogos, tais como mecanismos de payoff, sistemas de pontos não lineares, equilíbrios cooperativos, dilemas estruturados, estratégias dominantes e análise de incentivos.
Como uma ação/intervenção potencia deste projeto, poderá ser iniciado um Clube de Xadrez e Jogos Estratégicos que funcionará como ambiente extracurricular de desenvolvimento cognitivo, mas não como instrumento formal de avaliação; seus dados comportamentais, coletados eticamente, poderão ser analisados para compreender perfis cognitivos que influenciam a aprendizagem de matemática.
A Teoria dos Jogos será utilizada como estrutura formal para o design da gamificação de tópicos de disciplinas de matemática; mas não será tratada como conteúdo curricular em si. O foco não será a resolução dos jogos; mas a criação de estratégias de gamificação que favoreçam o processo de aprendizagem. Dessa forma, este projeto não cria qualquer sobreposição com iniciativas como o Olimpíada de Cálculo, ou o Campeonato de Pontes. Pelo contrário: analisando dados destes projetos e os retroalimentando para ajustes, gera sinergia teórico-metodológica, fortalecendo toda a linha de pesquisa em ensino.
Portanto, além da análise do efeito da inclusão de jogos nas disciplinas de matemática (em sala de aula e no e-aula) este projeto prevê a articulação com outras iniciativas existentes no CEng. A Olimpíada de Cálculo, por exemplo, fornecerá um campo de comparação para compreender como diferentes estruturas competitivas afetam a motivação e o desempenho acadêmico. Já o projeto Desafio das Pontes e Estruturas do CEng constitui outro campo de observação para dinâmicas de cooperação e tomada de decisão estratégica em contextos práticos de engenharia.
Metodologicamente, o projeto envolve: (a) aplicação de pré-testes diagnósticos; (b) intervenção gamificada baseada em estruturas formais de Teoria dos Jogos; (c) coleta de dados sobre desempenho, engajamento e retenção; (d) análise estatística quase-experimental (ANCOVA, regressões e tamanho de efeito); (e) triangulação com dados qualitativos. Espera-se produzir evidências sólidas sobre como mecanismos gamificados fundamentados na Teoria dos Jogos podem melhorar o processo de ensino-aprendizagem, contribuindo para publicações científicas, fortalecimento da identidade acadêmica do professor e qualificação pedagógica no CEng.
Objetivo Geral
Desenvolver, implementar e avaliar uma metodologia inovadora de ensino de matemática para cursos de engenharia, fundamentada em gamificação estruturada pela Teoria dos Jogos, por meio de um desenho quase-experimental que permita investigar seus efeitos sobre o desempenho acadêmico, o engajamento, a motivação e o desenvolvimento de competências cognitivas e estratégicas essenciais à formação de engenharia.
O projeto busca integrar, de forma sistemática, dinâmicas de cooperação, competição e tomada de decisão racional ao processo de aprendizagem matemática, promovendo um ambiente pedagógico mais ativo, participativo e orientado à resolução de problemas. Além disso, pretende analisar a transferência dessas competências para contextos aplicados, como desafios de engenharia, olimpíadas acadêmicas e atividades estratégicas desenvolvidas no âmbito de Jogos Estratégicos, consolidando evidências empíricas que subsidiem a inovação didática e a melhoria da formação matemática no ensino superior em engenharia.
O projeto busca integrar, de forma sistemática, dinâmicas de cooperação, competição e tomada de decisão racional ao processo de aprendizagem matemática, promovendo um ambiente pedagógico mais ativo, participativo e orientado à resolução de problemas. Além disso, pretende analisar a transferência dessas competências para contextos aplicados, como desafios de engenharia, olimpíadas acadêmicas e atividades estratégicas desenvolvidas no âmbito de Jogos Estratégicos, consolidando evidências empíricas que subsidiem a inovação didática e a melhoria da formação matemática no ensino superior em engenharia.
Justificativa
A matemática constitui um eixo estruturante da formação em engenharia, sendo fundamental para a compreensão de fenômenos físicos, modelagem de sistemas, análise de dados e tomada de decisões técnicas. No entanto, disciplinas matemáticas nos cursos de engenharia apresentam, historicamente, elevados índices de evasão, reprovação e desmotivação discente, frequentemente associados à abordagem excessivamente abstrata, à fragmentação entre teoria e aplicação e à dificuldade dos estudantes em perceber a relevância prática dos conteúdos. Esse cenário demanda a investigação e a implementação de metodologias pedagógicas inovadoras, capazes de promover maior engajamento, aprendizagem significativa e desenvolvimento de competências cognitivas alinhadas às exigências contemporâneas da engenharia.
A gamificação tem se mostrado uma estratégia promissora no ensino superior, porém grande parte das iniciativas existentes limita-se à incorporação superficial de elementos lúdicos, como pontos, rankings e recompensas, sem um embasamento teórico robusto que conecte tais mecanismos a processos cognitivos e decisórios complexos. Nesse contexto, a Teoria dos Jogos oferece um arcabouço matemático e conceitual particularmente adequado para estruturar a gamificação de forma consistente, uma vez que modela formalmente situações de decisão, competição, cooperação, estratégia e racionalidade — aspectos intrínsecos tanto à prática da engenharia quanto à resolução de problemas matemáticos.
O presente projeto justifica-se por propor uma abordagem diferenciada, na qual a gamificação não é apenas um recurso motivacional, mas uma metodologia pedagógica fundamentada em modelos formais da Teoria dos Jogos, integrando aprendizagem matemática, tomada de decisão estratégica e resolução de problemas sob incerteza. Ao adotar um desenho quase-experimental, o projeto busca produzir evidências empíricas sólidas sobre os efeitos dessa metodologia no desempenho acadêmico e no desenvolvimento de competências cognitivas, superando limitações comuns de estudos meramente descritivos.
Adicionalmente, o projeto se beneficia da articulação com iniciativas institucionais consolidadas, como o Desafio das Pontes e Estruturas do CEng – UFPel e a Olimpíada de Cálculo do CEng – UFPel, que oferecem contextos reais e competitivos para a análise da transferência de aprendizagens. A inclusão potencial do Clube de Xadrez e Jogos Estratégicos como intervenção pedagógica interna reforça o desenvolvimento do raciocínio lógico, da antecipação estratégica e da análise de consequências, competências diretamente relacionadas à Teoria dos Jogos e à formação na engenharia.
Por fim, a relevância do projeto reside em seu potencial de contribuir para a inovação pedagógica no ensino de engenharia, fornecendo subsídios teóricos, metodológicos e empíricos para a melhoria do ensino de matemática, bem como para a formação de engenheiros mais críticos, estratégicos e preparados para lidar com problemas complexos e interdisciplinares.
A gamificação tem se mostrado uma estratégia promissora no ensino superior, porém grande parte das iniciativas existentes limita-se à incorporação superficial de elementos lúdicos, como pontos, rankings e recompensas, sem um embasamento teórico robusto que conecte tais mecanismos a processos cognitivos e decisórios complexos. Nesse contexto, a Teoria dos Jogos oferece um arcabouço matemático e conceitual particularmente adequado para estruturar a gamificação de forma consistente, uma vez que modela formalmente situações de decisão, competição, cooperação, estratégia e racionalidade — aspectos intrínsecos tanto à prática da engenharia quanto à resolução de problemas matemáticos.
O presente projeto justifica-se por propor uma abordagem diferenciada, na qual a gamificação não é apenas um recurso motivacional, mas uma metodologia pedagógica fundamentada em modelos formais da Teoria dos Jogos, integrando aprendizagem matemática, tomada de decisão estratégica e resolução de problemas sob incerteza. Ao adotar um desenho quase-experimental, o projeto busca produzir evidências empíricas sólidas sobre os efeitos dessa metodologia no desempenho acadêmico e no desenvolvimento de competências cognitivas, superando limitações comuns de estudos meramente descritivos.
Adicionalmente, o projeto se beneficia da articulação com iniciativas institucionais consolidadas, como o Desafio das Pontes e Estruturas do CEng – UFPel e a Olimpíada de Cálculo do CEng – UFPel, que oferecem contextos reais e competitivos para a análise da transferência de aprendizagens. A inclusão potencial do Clube de Xadrez e Jogos Estratégicos como intervenção pedagógica interna reforça o desenvolvimento do raciocínio lógico, da antecipação estratégica e da análise de consequências, competências diretamente relacionadas à Teoria dos Jogos e à formação na engenharia.
Por fim, a relevância do projeto reside em seu potencial de contribuir para a inovação pedagógica no ensino de engenharia, fornecendo subsídios teóricos, metodológicos e empíricos para a melhoria do ensino de matemática, bem como para a formação de engenheiros mais críticos, estratégicos e preparados para lidar com problemas complexos e interdisciplinares.
Metodologia
A pesquisa sera desenvolvida por meio de um desenho quase-experimental, com abordagem mista (quantitativa e qualitativa), estruturada em etapas sequenciais de concepção, implementação, intervenção pedagógica, coleta de dados e análise dos resultados. O foco metodologico é avaliar os efeitos de uma metodologia de ensino de matemática para engenharia baseada em gamificação estruturada pela Teoria dos Jogos, comparando seus resultados com abordagens tradicionais de ensino.
Inicialmente, será realizada uma etapa de fundamentação teórica e modelagem pedagógica, envolvendo revisão sistemática da literatura sobre gamificação no ensino superior, ensino de matemática para engenharia e aplicações educacionais da Teoria dos Jogos. A partir dessa revisão, serão selecionados modelos formais de jogos (jogos de coordenação, jogos não cooperativos, jogos repetidos, dilema do prisioneiro e jogos de soma não zero), que servirão de base para a construção das mecânicas gamificadas e das estratégias didáticas.
Na etapa seguinte, será desenvolvido o modelo gamificado de ensino, no qual conteúdos matemáticos centrais da engenharia (cálculo diferencial e integral, álgebra linear, funções multivariadas e resolução de problemas) serão organizados como desafios estratégicos. Serão definidos regras, sistemas de pontuação, feedback, níveis de progressão, mecanismos de cooperação e competição controlada, bem como instrumentos de avaliação alinhados aos objetivos de aprendizagem.
A implementação empírica ocorrerá em disciplinas regulares de matemática dos cursos de engenharia, com a definição de turmas experimentais, que utilizarão a metodologia gamificada, e turmas controle, que seguirão metodologias tradicionais. A aplicação será realizada ao longo de um período letivo, com acompanhamento sistemático das atividades e registro contínuo de dados de participação e desempenho.
Como parte da intervenção pedagógica, possivelmente será integrado ao projeto a atuação do Clube de Xadrez e Jogos Estratégicos, utilizado como atividade complementar estruturada, com o objetivo de estimular raciocínio lógico, tomada de decisão, antecipação estratégica e análise de consequências. Essa intervenção será articulada aos conteúdos matemáticos trabalhados em sala de aula, reforçando os princípios da Teoria dos Jogos de forma prática e experiencial.
Adicionalmente, os resultados do projeto serão analisados em diálogo com o Desafio das Pontes e Estruturas do CEng – UFPel e a Olimpíada de Cálculo do CEng – UFPel, utilizados como contextos externos de validação da transferência de competências matemáticas e estratégicas desenvolvidas pelos estudantes, sem interferência direta em sua execução.
A coleta de dados quantitativos incluirá provas, testes conceituais, quizzes e indicadores de desempenho acadêmico, aplicados de forma padronizada aos grupos experimental e controle. A coleta de dados qualitativos envolverá questionários de percepção discente, observações em sala de aula e registros do comportamento estratégico dos estudantes durante as atividades gamificadas.
Os dados serão analisados por meio de procedimentos estatísticos comparativos, visando identificar diferenças significativas entre os grupos, bem como por análise qualitativa, buscando compreender padrões de engajamento, motivação e desenvolvimento de competências. Por fim, os resultados serão sistematizados em relatórios técnicos e produções científicas, e o modelo gamificado será avaliado e refinado, considerando suas limitações, condições de eficácia e potencial de replicação em outros contextos educacionais.
Inicialmente, será realizada uma etapa de fundamentação teórica e modelagem pedagógica, envolvendo revisão sistemática da literatura sobre gamificação no ensino superior, ensino de matemática para engenharia e aplicações educacionais da Teoria dos Jogos. A partir dessa revisão, serão selecionados modelos formais de jogos (jogos de coordenação, jogos não cooperativos, jogos repetidos, dilema do prisioneiro e jogos de soma não zero), que servirão de base para a construção das mecânicas gamificadas e das estratégias didáticas.
Na etapa seguinte, será desenvolvido o modelo gamificado de ensino, no qual conteúdos matemáticos centrais da engenharia (cálculo diferencial e integral, álgebra linear, funções multivariadas e resolução de problemas) serão organizados como desafios estratégicos. Serão definidos regras, sistemas de pontuação, feedback, níveis de progressão, mecanismos de cooperação e competição controlada, bem como instrumentos de avaliação alinhados aos objetivos de aprendizagem.
A implementação empírica ocorrerá em disciplinas regulares de matemática dos cursos de engenharia, com a definição de turmas experimentais, que utilizarão a metodologia gamificada, e turmas controle, que seguirão metodologias tradicionais. A aplicação será realizada ao longo de um período letivo, com acompanhamento sistemático das atividades e registro contínuo de dados de participação e desempenho.
Como parte da intervenção pedagógica, possivelmente será integrado ao projeto a atuação do Clube de Xadrez e Jogos Estratégicos, utilizado como atividade complementar estruturada, com o objetivo de estimular raciocínio lógico, tomada de decisão, antecipação estratégica e análise de consequências. Essa intervenção será articulada aos conteúdos matemáticos trabalhados em sala de aula, reforçando os princípios da Teoria dos Jogos de forma prática e experiencial.
Adicionalmente, os resultados do projeto serão analisados em diálogo com o Desafio das Pontes e Estruturas do CEng – UFPel e a Olimpíada de Cálculo do CEng – UFPel, utilizados como contextos externos de validação da transferência de competências matemáticas e estratégicas desenvolvidas pelos estudantes, sem interferência direta em sua execução.
A coleta de dados quantitativos incluirá provas, testes conceituais, quizzes e indicadores de desempenho acadêmico, aplicados de forma padronizada aos grupos experimental e controle. A coleta de dados qualitativos envolverá questionários de percepção discente, observações em sala de aula e registros do comportamento estratégico dos estudantes durante as atividades gamificadas.
Os dados serão analisados por meio de procedimentos estatísticos comparativos, visando identificar diferenças significativas entre os grupos, bem como por análise qualitativa, buscando compreender padrões de engajamento, motivação e desenvolvimento de competências. Por fim, os resultados serão sistematizados em relatórios técnicos e produções científicas, e o modelo gamificado será avaliado e refinado, considerando suas limitações, condições de eficácia e potencial de replicação em outros contextos educacionais.
Indicadores, Metas e Resultados
I) Indicadores
1. Taxa de aprovação e reprovação nas disciplinas de matemática envolvidas.
2. Média e distribuição de notas em avaliações padronizadas.
3. Ganho de aprendizagem (pré-teste vs. pós-teste).
4. Taxa de participação e frequência nas atividades gamificadas.
5. Nível de engajamento discente (questionários e observação estruturada).
6. Evidências de comportamento estratégico (cooperação, tomada de decisão, persistência).
7. Participação e desempenho em atividades externas (Olimpíada de Cálculo e Desafio das Pontes).
8. Produção acadêmica gerada (relatórios, artigos, trabalhos em eventos).
9. Grau de aceitação da metodologia pelos estudantes e docentes.
10. Possibilidade de replicação do modelo em outras disciplinas ou cursos.
II) Metas
1. Implementar a metodologia gamificada em pelo menos uma disciplina de matemática para engenharia.
2. Envolver, no mínimo, uma turma experimental e uma turma controle.
3. Desenvolver e aplicar atividades gamificadas baseadas em Teoria dos Jogos ao longo de um semestre letivo.
4. Integrar o Clube de Xadrez e Jogos Estratégicos como intervenção pedagógica complementar.
5. Obter aumento mensurável no engajamento discente em relação às turmas controle.
6. Identificar melhora estatisticamente significativa ou pedagogicamente relevante no desempenho acadêmico dos estudantes do grupo experimental.
7. Produzir ao menos um relatório técnico-científico com os resultados da pesquisa.
8. Submeter pelo menos um artigo a evento ou periódico da área de ensino de engenharia ou educação matemática.
III) Resultados Esperados:
1. Melhoria do desempenho acadêmico em disciplinas de matemática para engenharia.
2. Aumento do engajamento, da motivação e da participação ativa dos estudantes.
3. Desenvolvimento de competências cognitivas e estratégicas, como raciocínio lógico, tomada de decisão e resolução de problemas.
4. Evidências empíricas sobre a eficácia da gamificação baseada em Teoria dos Jogos no ensino de matemática.
5. Consolidação de uma metodologia pedagógica inovadora, fundamentada teoricamente e validada empiricamente..
6. Fortalecimento da articulação entre ensino, pesquisa e atividades extracurriculares no Centro de Engenharias.
7. Geração de conhecimento passível de replicação e ampliação em outros cursos e contextos institucionais.
1. Taxa de aprovação e reprovação nas disciplinas de matemática envolvidas.
2. Média e distribuição de notas em avaliações padronizadas.
3. Ganho de aprendizagem (pré-teste vs. pós-teste).
4. Taxa de participação e frequência nas atividades gamificadas.
5. Nível de engajamento discente (questionários e observação estruturada).
6. Evidências de comportamento estratégico (cooperação, tomada de decisão, persistência).
7. Participação e desempenho em atividades externas (Olimpíada de Cálculo e Desafio das Pontes).
8. Produção acadêmica gerada (relatórios, artigos, trabalhos em eventos).
9. Grau de aceitação da metodologia pelos estudantes e docentes.
10. Possibilidade de replicação do modelo em outras disciplinas ou cursos.
II) Metas
1. Implementar a metodologia gamificada em pelo menos uma disciplina de matemática para engenharia.
2. Envolver, no mínimo, uma turma experimental e uma turma controle.
3. Desenvolver e aplicar atividades gamificadas baseadas em Teoria dos Jogos ao longo de um semestre letivo.
4. Integrar o Clube de Xadrez e Jogos Estratégicos como intervenção pedagógica complementar.
5. Obter aumento mensurável no engajamento discente em relação às turmas controle.
6. Identificar melhora estatisticamente significativa ou pedagogicamente relevante no desempenho acadêmico dos estudantes do grupo experimental.
7. Produzir ao menos um relatório técnico-científico com os resultados da pesquisa.
8. Submeter pelo menos um artigo a evento ou periódico da área de ensino de engenharia ou educação matemática.
III) Resultados Esperados:
1. Melhoria do desempenho acadêmico em disciplinas de matemática para engenharia.
2. Aumento do engajamento, da motivação e da participação ativa dos estudantes.
3. Desenvolvimento de competências cognitivas e estratégicas, como raciocínio lógico, tomada de decisão e resolução de problemas.
4. Evidências empíricas sobre a eficácia da gamificação baseada em Teoria dos Jogos no ensino de matemática.
5. Consolidação de uma metodologia pedagógica inovadora, fundamentada teoricamente e validada empiricamente..
6. Fortalecimento da articulação entre ensino, pesquisa e atividades extracurriculares no Centro de Engenharias.
7. Geração de conhecimento passível de replicação e ampliação em outros cursos e contextos institucionais.
Equipe do Projeto
| Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
|---|---|---|---|
| CARLOS EDUARDO ESPINOSA | 1 | ||
| JAIR JUNIOR DUARTE DE OLIVEIRA | |||
| KENIDI CORREA BARCELOS | |||
| MARCO PAULSEN RODRIGUES | 4 | ||
| MARIA FERNANDA CAMPOS DE ALMEIDA |