Desenvolvimento de um arcabouço didático-metodológico para o ensino de computação distribuída

Abstract

Este trabalho de conclusão de curso investiga desafios do ensino de Computação Distribuída na graduação e propõe um arcabouço didático-metodológico que articula três dimensões com- plementares: metodologias de ensino, estratégias pedagógicas e tecnologias educacionais. A hipótese central é que a combinação intencional dessas três dimensões pode reduzir as barreiras de heterogeneidade de ambientes, carga cognitiva de configuração e dificuldade conceitual de tópicos como assincronia, sincronização, consistência e tolerância a falhas, promovendo apren- dizagem mais efetiva em sistemas distribuídos. O arcabouço é instrumentado por uma matriz conceitual que correlaciona tópicos, metodologias (Sala de Aula Invertida e Aprendizagem Baseada em Investigação), estratégias (Andaimagem em três níveis e Programação em Pares opcional) e tecnologias (contêineres Docker, máquinas virtuais Multipass/KVM e scripts de automação). Quatro atividades práticas materializam essa matriz: Cliente/Servidor Eco com sockets TCP, Espaço de Tuplas com Apache River, Sincroni- zação de Relógios com NTP/chrony e Consenso com Raft acompanhado de dashboard ao vivo. Cada atividade é acompanhada de material de preparação para a fase pré-atividade, código re- produtível em repositório público e dois instrumentos de avaliação: questionário pós-atividade fundamentado em NASA-TLX, Technology Acceptance Model e itens de Aprendizagem Perce- bida, e relatório reflexivo entregue ao final de cada atividade. A aplicação piloto ocorreu na disciplina de Computação Distribuída da UFSC no semestre 2026.1, em formato extracurricular, com sete respostas ao questionário e oito relatórios reflexi- vos coletados. O tamanho amostral restringe os resultados a uma leitura descritiva e qualitativa, sinalizando autoavaliação positiva de ganho conceitual e usabilidade na Atividade 1, e carga de trabalho baixa a moderada (Raw TLX médio de 23,6 em escala 0–100). A análise dos re- latórios produziu, adicionalmente, um achado emergente que motivou refinamento iterativo do procedimento experimental da Atividade 2, ilustrando o ciclo de pesquisa baseada em design. As lições registradas alimentam frentes de continuidade que incluem escalonamento da aplica- ção em formato semestral pleno, ampliação das metodologias contempladas e disseminação do arcabouço para outras instituições.

This Undergraduate Thesis investigates the challenges of teaching Distributed Computing in undergraduate courses and proposes a didactic-methodological framework that articulates three complementary dimensions: teaching methodologies, pedagogical strategies, and educational technologies. The central hypothesis is that the intentional combination of these three dimen- sions can reduce the barriers of environment heterogeneity, configuration cognitive load, and conceptual difficulty of topics such as asynchrony, synchronization, consistency, and fault tol- erance, promoting more effective learning in distributed systems. The framework is instrumented by a conceptual matrix that correlates topics, methodologies (Flipped Classroom and Inquiry-Based Learning), strategies (three-level Scaffolding and op- tional Pair Programming), and technologies (Docker containers, Multipass/KVM virtual ma- chines, and automation scripts). Four practical activities materialize this matrix: Echo Client/ Server with TCP sockets, Tuple Space with Apache River, Clock Synchronization with NTP/ chrony, and Consensus with Raft accompanied by a live dashboard. Each activity is accom- panied by pre-activity preparation material, reproducible code in a public repository, and two assessment instruments: a post-activity questionnaire grounded in NASA-TLX, the Technology Acceptance Model, and Perceived Learning items, and a reflective report submitted at the end of each activity. The pilot application took place in the Distributed Computing course at UFSC in semester 2026.1, in extracurricular format, with seven questionnaire responses and eight reflective re- ports collected. The sample size restricts the results to a descriptive and qualitative reading, signaling positive self-assessment of conceptual gain and usability in Activity 1, and low-to- moderate workload (mean Raw TLX of 23.6 on a 0–100 scale). The analysis of the reports additionally produced an emergent finding that motivated iterative refinement of Activity 2’s experimental procedure, illustrating the design-based research cycle. The lessons recorded feed continuation fronts that include scaling the application to a full semester format, expanding the methodologies covered, and disseminating the framework to other institutions.