Increase both students motivation and learning outcomes in Collaborative Learning (CL) activities is a challenge that the Computer-Supported Collaborative Learning (CSCL) community has been addressing in the past last years. The use of CSCL scripts to structure and orchestrate the CL process has been shown to be effective to support meaningful interactions and better learning, but the scripted collaboration often does not motivate students to participate in the CL process, which makes more difficult the use of scripts over time in CL activities. To deal with the motivational problems, the researchers, educators and practitioners are now looking at gamification as a solution to motivate and engage students. However, the gamification is a complex task, requiring from instructional designers and practitioners, knowledge about game elements (such as leaderboards and point systems), game design (e.g. how to combine game elements) and their impact on motivation, engagement and learning. Moreover, the gamification is too context-dependent, requiring personalization for each participant and situation. Thus, to address these issues, an ontological engineering approach to gamify CL sessions has been proposed and conducted in this dissertation. In this approach, an ontology has been formalized to enable the systematic representation of knowledge extracted from theories and best practices related to gamification. In this ontology, the concepts, extracted from practices and theories related to gamification, and identified as relevant to deal with the motivational problems in scripted collaborative learning, have been formalized as ontological structures to be used by computer-based mechanisms and procedures in intelligent-theory aware systems. These mechanisms and procedures with ontological structures aim to provide support to give advices and recommendations that will help instructional designers and practitioners to gamify CL sessions. To validate this approach, and to demonstrate its effectiveness and efficiency into deal with the motivational problems in scripted collaborative learning, four empirical studies were conducted in real situations at the University of São Paulo with undergraduate Computer Science and Computer Engineering students. The results of the empirical studies demonstrated that, for CL activities where the CSCL scripts are used as a method to orchestrate and structure the CL process, the ontological engineering approach to gamify CL scenarios is an effective and efficient solution to deal with the motivational problems because the CL sessions obtained by this approach affected in a proper way the participants motivation and learning outcomes.

Aumentar a motivação e os resultados de aprendizagem dos estudantes nas atividades de aprendizagem colaborativa é um desafio que a comunidade de Aprendizagem Colaborativa com Suporte Computacional tem abordado nos últimos anos. O uso de scripts para estruturar e orquestrar o processo de aprendizagem colaborativa demonstrou ser eficaz para dar suporte as interações significativas e um melhor aprendizado, mas a colaboração com scripts muitas vezes não motiva os alunos a participar do processo de aprendizagem colaborativa, o que dificulta o uso de scripts ao longo do tempo em atividades de aprendizgem colaborativas. Para lidar com problemas de motivação, os pesquisadores, educadores e profissionais estão agora olhando a gamificação como uma solução para motivar e envolver os alunos. No entanto, a gamificação é uma tarefa complexa, exigindo de projetistas instrucionais e profissionais, conhecimento sobre elementos do jogo (e.g. leaderboards e sistemas de pontos), design de jogos (e.g. como combinar elementos do jogo) e seu impacto na motivação, engajamento e aprendizado. Além disso, a gamificação é muito dependente do contexto, exigindo personalização para cada participante e situação. Assim, para abordar esses problemas, uma abordagem de engenharia ontologias para gamificar sessões de aprendizagem colaborativa foi proposto e desenvolvida nesta dissertação. Nessa abordagem, uma ontologia foi formalizada para possibilitar a representação sistemática de conhecimentos extraídos de teorias e melhores práticas relacionadas à gamificação. Na ontologia, os conceitos, extraídos de práticas e teorias relacionadas à gamificação, e identificados como relevantes para lidar com problemas motivacionais na aprendizagem colaborativa com scripts, foram formalizados como estruturas ontológicas a serem utilizadas por mecanismos e procedimentos informatizados em sistemas inteligentes cientes de teorias. Esses mecanismos e procedimentos com estruturas ontológicas visam fornecer suporte para dar conselhos e recomendações que ajudarão os projetistas instrucionais e profissionais a gamificar as sessões de aprendizagem colaborativa. Para validar a abordagem e demonstrar sua eficácia e eficiência em lidar com problemas motivacionais na aprendizagem colaborativa com scripts, quatro estudos empíricos foram conduzidos em situações reais na Universidade de São Paulo com estudantes de graduação em Ciência da Computação e Engenharia da Computação. Os resultados dos estudos empíricos demonstraram que, para as atividades de aprendizagem colaborativa no que os scripts são usados como um método para orquestrar e estruturar o processo da aprendizagem colaborativa, a abordagem de engenharia ontológica para gamificar cenários de aprendizagem colaborativa é um eficaz e eficiente solução para lidar com problemas motivacionais porque as sessões de aprendizagem colaborativa obtidas por essa abordagem afetaram de maneira adequada a motivação e os resultados de aprendizagem dos participantes.