FERRAMENTAS
VIRTUAIS NA EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA A DISTÂNCIA
Francisco Antônio Pereira Fialho, Dr. Eng.
Resumo. O
principal fator limitador da oferta de cursos a distância na área tecnológica
tem sido a disponibilização de experimentos práticos, normalmente realizados em
laboratórios, quando ofertados presencialmente. Os laboratórios de experimentos
tecnológicos virtuais e as ferramentas de simulação de ensaios apresenta-se em
diversas universidades que atuam no ensino a distância como importante
alternativa para a viabilização dos cursos até então limitados ao
desenvolvimento de habilidades e competências de características mais teóricas.
Os estudos aqui apresentados introduzem
uma reflexão sobre a aplicabilidade das técnicas de simulação de experimentos
na educação tecnológica em substituição aos experimentos com instrumentos e
componentes reais, e sobre os cuidados a serem tomados na administração dos
cursos e emprego destas ferramentas.
Palavras-chave:
Simuladores, Ensino a Distância, Laboratórios Virtuais, Planejamento e
Administração de Cursos a Distância
A partir dos anos cinqüenta, com o advento da corrida
espacial americana e soviética, diversas técnicas de simulação têm sido
desenvolvidas com a principal finalidade de se assegurar segurança aos
cosmonautas no controle de espaçonaves. Os custos são altíssimos, mas
plenamente justificáveis por existirem
vidas humanas envolvidas.
O
desenvolvimento de técnicas de simulação espalhou-se pelas diversas áreas da
ciência e tecnologia, chegando à aviação comercial, à agricultura e até mesmo
aos cidadãos em fase de aprendizagem sobre trânsito. Hoje, pilotos de avião de
médio e grande porte não são autorizados a pilotar aviões reais sem antes terem
exercitado seu desempenho em inúmeras situações nos simuladores. Da mesma
forma, fabricantes de escavadeiras e colheitadeiras utilizam este artifício
para demonstrar seus produtos e treinar seus clientes.
Grande parte das técnicas
de simulação desenvolvidas até hoje foram patrocinadas por governantes com interesses
armamentistas ou de competição aeroespacial. O alto grau de desenvolvimento da
microeletrônica, de certa forma, deve-se a este fato. A própria Internet surgiu
de redes de informações que inicialmente eram fechadas e secretas.
Explorando-se o lado
positivo de todo este desenvolvimento tecnológico, temos como benefício a
democratização da informação e o acesso remoto, sem fronteiras,
a cursos na área tecnológica de instituições geradoras e multiplicadoras
de conhecimento. Estes cursos, apresentavam limitações quanto ao
desenvolvimento de habilidades e competências práticas, normalmente realizadas
em laboratórios nos cursos presenciais.
Uma das áreas do conhecimento que exige mais recursos de
comunicação interativa de multimeios é
a educação tecnológica a distância. Esta
modalidade de ensino, mesmo quando presencial, requer o desenvolvimento de
tarefas e ensaios práticos com equipamentos de diversos níveis de sofisticação
e custos.
Muito embora exista a alternativa de aulas presenciais
serem ministradas em laboratórios, alternadas com aulas a distância, isto
limita o acesso, bem como encarece o curso para os estudantes. Tornam-se
necessários, portanto, a análise e o desenvolvimento de metodologias e
tecnologias adequadas ao ensino com experimentos práticos, essenciais para esta
modalidade de ensino. Prioritariamente,
o planejamento preciso das metodologias e ferramentas mais adequadas para cada
etapa do aprendizado se faz necessário. A avaliação dos simuladores sob o ponto
de vista pedagógico deve anteceder a sua aplicação, prevendo-se a dosagem
correta de cada modalidade de simulação.
Certamente a
substituição parcial ou total das aulas práticas presenciais pela aplicação de
ferramentas virtuais tende a reduzir custos
para a instituição de ensino mantenedora do programa, assim como para os estudantes. Neste sentido, têm-se
desenvolvido diversos softwares para
simulação, aplicados não só ao ensino a distância, como em aulas presenciais,
em substituição a componentes, ferramentais e equipamentos
sofisticados. Laboratórios Virtuais e Laboratórios Remotos estão sendo
aprimorados e disponibilizados via Internet com resultados muito satisfatórios.
Na Educação
Tecnológica, em aulas presenciais, algumas ferramentas de informática têm sido
desenvolvidas e disponibilizadas aos alunos, com o intuito de complementar as
aulas práticas em laboratórios com maiores recursos tecnológicos sem a
necessidade de aquisição de equipamentos de grande porte. Os softwares simuladores de equipamentos e
de componentes de experimentos tecnológicos são uma das soluções encontradas
pelas Instituições de Ensino Tecnológico
na redução de custos com a aquisição de instrumentais sofisticados.
Anteriormente ao
aprimoramento da Internet, as instituições que praticavam o ensino tecnológico
a distância utilizavam-se de kits de experimentos e fitas de vídeo com
demonstrações de ensaios práticos encaminhados aos estudantes para suprir as
necessidades de experimentações práticas. Naturalmente, este procedimento restringia
muito as áreas possíveis de serem ofertadas remotamente.
Atualmente, o fornecimento de kits didáticos
relacionados com microprocessadores, no ensino de Eletrônica, por exemplo,
tornaria os cursos inviáveis financeiramente para os estudantes. Além disto,
existem instrumentos de medição, de custo elevado, que não poderiam ser
disponibilizados aos estudantes. Outra
maneira seria a programação de aulas intensivas de laboratório em centros
remotos equipados adequadamente. Isto também tornaria oneroso o curso aos
estudantes, considerando-se os custos com deslocamento, além do fato de
que os conteúdos teóricos ficariam mais
distanciados da experimentação e demonstração prática.
Com o
desenvolvimento dos multimeios de informação, as aulas em vídeo e os CD ROM’s
foram ocupando os seus papéis estratégicos. Assim como a Internet e a
Videoconferência trouxeram a interatividade a patamares nunca antes alcançados.
Certamente, a
substituição parcial ou total das aulas práticas presenciais pela aplicação de
ferramentas virtuais tende a uma grande redução de custos para a instituição de ensino mantenedora do programa, assim como para os estudantes. Para certos experimentos
efetuados por alunos da área de Eletrônica, por exemplo, o custo relativo à
aquisição de componentes e instrumental passa a ser praticamente nulo. Para a instituição de ensino, um osciloscópio
digital, que em aulas presenciais só pode ser utilizado por dois alunos
simultaneamente, custa em média US$2.000,00, enquanto um software simulador pode vir a custar valor próximo a este, mas com
a vantagem de que diversos alunos podem utilizá-lo simultaneamente sem os
custos de manutenção e de depreciação que o emprego de equipamentos de
laboratório acarreta.
Compete aos pesquisadores e pedagogos responsáveis
pela oferta de cursos tecnológicos a distância a identificação prévia das
eventuais deficiências das ferramentas atualmente desenvolvidas para esta
finalidade. Baseado neste estudo planeja-se a metodologia adequada e
seleciona-se as modalidades de simulação e os tipos de experimentos viáveis
através da utilização deste método.
O planejamento incorreto da
dosagem de atividades simuladas ou virtuais, no desenvolvimento de habilidades
de experimentação tecnológica em
detrimento de experimentos reais de laboratório,
pode acarretar uma falsa geração de habilidades e destrezas
relacionadas
ao saber fazer.
A comodidade no manuseio de
ferramentas virtuais, a ausência de riscos de danificação real de equipamentos
e dispositivos, a inexistência de custos dos componentes simulados dos ensaios
e a criação de ambientes com controle total de variáveis, inclusive dos
defeitos e imperfeições programáveis nos simuladores, podem gerar no estudante
uma possível insegurança ou indeterminação em situações práticas reais.
As limitações das ferramentas de simulação
existentes atualmente, ou dos modelos utilizados de interface com o usuário,
comparativamente aos experimentos reais,
podem acarretar uma falsa sensação de domínio do tema em estudo por parte dos
alunos ao completarem, com êxito, os experimentos simulados.
A aplicação da
multimídia e dos dispositivos virtuais interativos inegavelmente vem aprimorar
a aquisição de conhecimento nas diversas áreas do saber. A integração de
recursos como imagem, áudio, textos e telemática, permite ao estudante o contato com uma extraordinária
riqueza de informações que podem ser acessadas de uma maneira dinâmica e
interativa. Estes recursos possibilitam
ao usuário a opção pela melhor maneira de promover seu autodesenvolvimento, de
acordo com suas próprias capacidades/limitações. Desta forma, o paradigma no
qual o professor é o único fornecedor do conhecimento passa a ser quebrado. O
docente passa a ser um orientador e mediador de conhecimentos (Litwin,1.997).
De nada valerão as ricas
ferramentas aplicadas se o planejamento
das dosagens de utilização e a metodologia
adotada não passarem por estudos
de eficácia previamente.
3. FERRAMENTAS
DE SIMULAÇÃO, CONCEITOS E MODALIDADES
Com a expansão do acesso à Internet, o Ensino a Distância
passa a atrair um interesse maior das universidades e governos que almejam oportunizar o amplo acesso à
formação superior ou profissionalizante de nível técnico. Este fabuloso meio de
acesso às informações e comunicações está proporcionando um verdadeiro renascimento educacional
(Jones,1.997).
Atualmente, três formas de
expressão em formato pedagógico estão apontando o surgimento do aprendizado pela ação de forma distribuída
(Dede,1.996):
·redes de
conhecimento complementam professores, textos, bibliotecas e arquivos como
fonte de informação;
·interação em
comunidades virtuais complementam as relações face-a-face em salas de aula;
experiências imersivas em
ambientes sintéticos compartilhados estendem o aprendizado pela ação relacionando-o com fenômenos do mundo real.
Dentre as experiências imersivas, encontramos na atualidade as modalidades de
ferramentas utilizáveis no Ensino a Distância na substituição parcial ou total
dos experimentos científicos e tecnológicos práticos. São elas: softwares de
simulação on-line e off-line, laboratórios virtuais e laboratórios remotos.
A simulação é uma das mais
precoces características humanas, estando presente desde a idade de dois anos
em média. No quadro da função simbólica, especificamente no jogo simbólico
(faz-de-conta), a simulação é uma das características mais marcantes.
Para Lévy (1.993, p.124), através da simulação, as
pessoas constroem modelos mentais das situações e dos objetos com os quais estão se relacionando, e depois podem explorar as
diferentes possibilidades dentro destas
construções imaginárias. “A simulação, que podemos considerar como uma
imaginação auxiliada por computador, é, portanto, ao mesmo tempo uma ferramenta
de ajuda ao raciocínio muito mais
potente que a velha lógica formal que se baseava no alfabeto”.
Hoje, consideradas como
ferramentas indispensáveis no desenvolvimento de projetos em diversas áreas da
tecnologia, tais como a Eletrônica e a Mecânica, existe uma grande variedade de
programas de computador que simulam situações reais de aplicação total ou
parcial de dispositivos tecnológicos nas mais diversas situações. Variações
térmicas, de umidade, pressão, velocidade, atrito, e de praticamente todas as
variáveis físicas, podem ser simuladas por programas de computador.
Já é possível emular-se um
aparato tecnológico com segurança, sem desperdício de materiais e com custo
relativamente baixo, de forma totalmente virtual, muito antes de se dar início
à construção real de protótipos.
No projeto de dispositivos
eletrônicos, por exemplo, simula-se desde a disposição física dos componentes,
lay-out e design final até o seu funcionamento em função das variações extremas
do meio ambiente e de operação por parte do usuário final do produto.
Estas mesmas ferramentas de
informática têm sido um complemento importantíssimo no ensino de tecnologia. Os
docentes que possuírem domínio da aplicação destes instrumentos no ensino,
poderão enriquecer os programas de suas disciplinas de forma excepcional, pois
não há limites de variáveis a serem aplicadas nem de formas de obtenção e
apresentação de resultados. Em aulas de laboratório, normalmente existem as
limitações em determinados experimentos em função da aplicação de componentes
diversificados e de instrumentais de custo mais elevado.
Nas simulações por
computador, equipamentos sofisticados são disponibilizados, tais como
osciloscópios digitais, analisadores de espectro e analisadores lógicos,
instrumentos que poucas instituições possuem em quantidades suficientes para o
estudo individual, além de o custo de manutenção ser elevado e existir a
necessidade de reposição e atualização constante. Professores e alunos podem
utilizar o recurso de um simulador para validar a funcionalidade de circuitos,
desde que tomados os devidos cuidados com as metodologias adotadas.
Com o aprimoramento das
linguagens de programação aplicáveis à
Internet, diversos aplicativos de simulação têm sido desenvolvidos e são
facilmente encontrados nos sites de Universidades de diversos países.
A grande versatilidade
destes programas está na sua facilidade de utilização remota, sem a necessidade
de demorados downloads de programas
completos. Toda a simulação é efetuada diretamente através do browser. Desta forma, o ensino a distância vem
ganhando mais um importante complemento à interatividade das aulas remotas. Já
é possível, num hipertexto sobre eletromagnetismo, por exemplo,
disponibilizar-se de forma intercalada com o texto, um completo
experimento contendo componentes e
instrumentos necessários para a análise de campos eletromagnéticos a partir de
diversas variáveis de entrada e obtendo-se uma rica forma de apresentação de
resultados em tabelas e gráficos.
Um exemplo de aplicação desta ferramenta
encontramos no Instituto de Física e Medicina da Itália (UNIME), apresentam-se
diversos experimentos sobre física e mecânica, que, além da possibilidade de
serem utilizados on-line, uma vez “carregados” pelo browser, podem ser
utilizados off-line. Entre os inúmeros experimentos disponíveis, toma-se como
exemplo o de “momento de inércia” de um disco metálico. O estudante define
algumas variáveis de entrada, tais como raio do disco, espessura e massa e
inicia-se uma simulação na qual observa-se nitidamente o esforço necessário para este disco girar em
torno de um eixo em função das variáveis atribuídas no início do experimento.
Além disto, o tempo necessário para atingir uma certa velocidade de rotação é
cronometrado. Na figura 1, a tela deste simulador é apresentada. Existem dois
“botões” deslizantes que permitem a determinação das variáveis: raio e massa do
disco. Uma simulação do movimento
giratório do disco acontece após o acionamento do botão de início. O peso
afixado numa corda cai, levando o disco a girar em velocidade proporcional às variáveis de entrada estabelecidas.
Figura 1: Experimento de Física – Momento de Inércia
Fonte: UNIME, Itália. Disponível na
Internet: http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/mecc.htm
Acessado em 02/03/2003
O funcionamento
e o manuseio básico de um osciloscópio pode ser ensinado diretamente a partir do site da Universidade
Rei Juan Carlos (URJC), na Espanha. Com uma ferramenta de programação adequada,
obteve-se um dispositivo virtual “leve” para a Internet e facilmente
intercalável com hipertextos de ensino tecnológico. Na figura 2 está representado este
simulador, no qual ajustes deslizantes
variam a forma de visualização (ganho vertical e varredura horizontal) do osciloscópio virtual de dois canais, para
dois sinais senoidais de entrada.
Figura 2:
Osciloscópio Básico
Fonte: URJC, Espanha. Disponível
na Internet:
http://www.escet.urjc.es/sinternet/labfisica.html
Acessado em 21/03/2003
Através de
pesquisa na Internet, já se pode observar que nas mais variadas áreas do
conhecimento científico e tecnológico, existe uma grande diversidade de formas
de experimentação prática virtual, com livre acesso. Isto amplia o espectro de atuação do ensino a
distância via Internet, pois, além da variedade de textos e pesquisas
disponíveis na rede, os educadores podem, agora, desenvolver experimentos
virtuais e indicar links de simulações de outras Universidades.
Em todos os
ramos do conhecimento, o aprendizado exige uma
diversificação de meios de comunicações e expressões que sensibilizem o
maior número de sentidos possível dos seres humanos. Quando a imagem faz parte
deste processo de cognição, um determinado grau mínimo de resolução da gravura
ou vídeo apresentado se faz necessário.
Para Tiffin
(1.995), é preciso clareza nas imagens para quem necessita destas para o
aprendizado, fidelidade dos sons, quando se está aprendendo música,
clareza na degustação durante o
aprendizado de culinária, de tato, quando é necessária a discriminação de
superfícies, e olfato, quando se pretende definir aromas. O aprendizado exige
informações de alta fidelidade.
Para a
transmissão de grandes quantidades de informação em tempo real, requer-se uma vasta largura de banda. Atualmente, isto
tem um custo elevado no mundo das Telecomunicações.
À medida em que
a transmissão de vídeo e de grandes quantidades de dados via Internet for
aprimorada, principalmente no que se relaciona à velocidade de apresentação de
imagens em tempo real, outras formas de experimentos virtuais tendem a
predominar, são os que utilizam a realidade virtual e os laboratórios virtuais
telecomandados. A popularização da fibra óptica, sem sombra de dúvida,
incrementará o realismo da virtualidade, pois a largura de banda de informações
possíveis de serem transmitidas através deste meio é muito grande. Conforme
afirma Negroponte (1.995), a “fibra óptica é o caminho da natureza”, ou seja,
pelo seu baixo custo em relação ao par-trançado
de cobre e pela sua capacidade ilimitada de transmissão, imagina-se uma
revolução na transmissão de informações em multimídia e consequentemente no
ensino a distância, com as informações sendo veiculadas por redes de alta
velocidade.
4. REALIDADE VIRTUAL E SUA APLICABILIDADE
Dispondo-se da
tecnologia de realidade virtual é possível a realização de alguns ensaios
básicos com um realismo tridimensional razoável. Com o auxílio de um capacete
de áudio e vídeo (HMD) e luvas apropriados, bem como de um microcomputador e
softwares de VRML, o estudante passa a executar seus experimentos através de um
avatar, que é a representação do ser humano dentro do cenário virtual.
“A realidade
virtual é algo mais que uma simples simulação, já que ao oferecer a
possibilidade de interação com o modelo, fornece uma presença nele mesmo.
Mediante esta faceta poderiam se realizar tarefas dentro de um mundo real
remoto, ou em um mundo gerado por computador, ou ainda na combinação de ambos
(Casas,1.999)”.
Para Lévy
(1.996, p.18),“virtualizar uma entidade qualquer consiste em descobrir uma
questão geral à qual ela se relaciona, em fazer mutar a entidade em direção a
essa interrogação e em redefinir a atualidade de partida como resposta a uma
questão particular”.
Um outro exemplo
de aplicação da realidade virtual no ensino encontra-se no projeto Science
Space da George Mason University (GMU),
na Virginia – EUA (Dede,Salzman & Loftin, 1.996), onde foram criados mundos
virtuais chamados e Maxwell World (figura 3 e 4) e Newton World (figura 5 e 6).
Nestes mundos os estudantes, utilizando os acessórios de RV, efetuam uma
imersão (figura 4), na qual é possível a
interação com as cargas, campos elétricos, componentes de força, massa e demais
variáveis físicas. Uma espécie de “mão virtual” proporciona o acionamento de
menus de controle dos ensaios. Desta forma, obtém-se a intuição experimental
sobre como os fenômenos científicos e
tecnológicos se sucedem (Dede, 2.000).
Projeto Science Space
Figura 3: Maxwell World Figura 4: Imersão
entre cargas elétricas
Figura 5: Newton World Figura 6: Alterando
virtualmente a massa
Fonte: GMU, EUA. Disponível na Interfnet: http://www.virtual.gmu.edu/
Acessado 01/05/2003
5. LABORATÓRIOS REMOTOS: PROXIMIDADE DA REALIDADE
Através de uma
inspeção nas principais Instituições de
Ensino que utilizam estes recursos, bem como
na literatura existente, observa-se que os estudantes são submetidos a
ambientes experimentais restritos. A
simples utilização de entradas e saídas de informações pré-determinadas nos
sistemas experimentados restringe a criatividade individual, se compararmos com
situações naturais onde não existem restrições nem limitações de programação da
ferramenta (Sam,Bassen,Ilyas,2000).
Com o intuito de
contornar estas restrições, os laboratórios remotos surgem como alternativas
para a experimentação prática mais
aprofundada. Com este recurso através da Internet, cria-se um cenário remoto
com uma liberdade irrestrita de aplicações de variáveis de entrada para obtenção de resultados.
Este novo
conceito de experimentação remota hoje tornou-se possível com a recente inovação na área de engenharia
elétrica e de computação. No desenvolvimento de protótipos de dispositivos
eletrônicos, existem dispositivos chamados fast-prototyping breadboards (bancadas de prototipagem rápida) onde, sem a
necessidade de conexões físicas de fios, pode-se estabelecer a ligação entre
componentes eletrônicos. Apenas com comandos de computador e o auxílio de interface gráfica e uso do
mouse, circuitos eletrônicos reais são
experimentados. Trata-se, portanto, de um desenvolvimento de dispositivos reais
e não de simulação.
Esta modalidade de laboratórios está sendo
disponibilizada via Internet com tendência a
se tornar um instrumento de experimentação muito eficiente. Trata-se de
laboratórios remotos com imagens reais e ao vivo com câmeras de vídeo,
instrumentos de medição, geradores de
sinais e dispositivos eletrônicos e eletromecânicos telecontrolados (Sam,Bassen,Ilyas,2000).
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A simulação por
computador, nas diversas áreas do conhecimento, permite ao estudante e aos
pesquisadores a “exploração de modelos mais complexos e em maior número do que
se estivesse reduzido aos recursos de sua imagística mental e de sua memória de
curto prazo” (Lévy, 1.993). Pode-se
afirmar que, em certas situações, a simulação por computador pode
atingir efeitos cognitivos superiores
aos obtidos nas experiências práticas reais.
As ferramentas
de simulação via Internet existentes no momento, apesar de estarem em estado
inicial de desenvolvimento, já proporcionam efeitos cognitivos relevantes de
aplicação tanto no ensino a distância
como no apoio a programas de estudos presenciais. A intercalação dos simuladores,
mesmo de funções restritas, com os conteúdos teóricos, aprimora e enriquece as
representações mentais dos estudantes. Desta forma, implementa-se uma
aprendizagem por instrução, alternada com uma aprendizagem por descoberta.
Pode-se comparar aos “livros mágicos” nos quais, por um simples toque,
imagens ou situações são representadas
holograficamente, virtualmente.
O que se propõe
a partir do estado atual de desenvolvimento das ferramentas de simulação e da
realidade brasileira é uma perfeita dosagem do que é possível e do que ainda
não é possível de se trafegar pela Internet e se trabalhar remotamente em
programas de ensino a distância. A estratégia de dosagem deve envolver o
planejamento de percentuais adequados à realidade do momento, mas sem nos esquecermos de que a tecnologia avança em progressão
geométrica. Ao mesmo tempo em que aplicamos os recursos tecnológicos atualmente
viáveis, devemos estar desenvolvendo novas ferramentas baseadas em prospecções sobre as tendências tecnológicas. Este
planejamento e dosagem da intercalação de ferramentas virtuais é que poderá
garantir ou não a eficácia pedagógica do desenvolvimento das habilidades e
competências do profissional que se pretende formar.
Os programas de ensino a distância, mais
especificamente na área de Eletro/Eletrônica, mesmo com o incremento na
velocidade de comunicação de dados e o aprimoramento das ferramentas de
simulação e laboratórios remotos, devem ser planejados envolvendo-se:
demonstrações via vídeo-conferência ou vídeo, simulações on-line, simulações
off-line e, dentro do possível,
experimentos com instrumentos reais, logicamente numa quantidade muito menor do
que em programas presenciais. A
distância dos alunos dos laboratórios reais deve ser compensada por textos e
apresentações em vídeo, de forma que obtenham, através de simuladores, as
habilidades esperadas.
A simples
aplicação de aparatos tecnológicos não garante a eficácia do ensino. O simples
fato de estudantes e docentes saberem
como utilizá-los corretamente não significa que o processo ensino-aprendizagem
está se realizando. Muitas vezes o deslumbramento com as novidades e facilidades tecnológicas pode levar a uma dispersão, desviando-se da missão principal da ferramenta. Conforme Lévy (1.993), “não
basta ser digital”.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Luis Alberto Alfaro. Contribuições para a modelagem de um
ambiente inteligente de educação baseado em realidade virtual. Tese de
doutorado. Florianópolis: UFSC, 1.999.
LÉVY, Pierre . Cibercultura. Rio
de Janeiro: Ed.34, 1.999.
LÉVY, Pierre. As tecnologias
da inteligência. O
Futuro do pensamento na era da informática. Rio de Janeiro:Ed. 34, 1.993.
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Pierre.O que é o virtual?
Rio de Janeiro: Ed.34, 1.996.
NEGROPONTE,
Nicholas. A vida digital. São Paulo:
Companhia das Letras, 1.995.