Aplicações Informáticas B · 12.º Ano

Ideias de aprendizagem ativa

Introdução a Bases de Dados NoSQL

A aprendizagem ativa funciona especialmente bem neste tópico porque os alunos precisam de distinguir conceitos abstratos como consistência eventual ou sharding de cenários práticos. Ao manipularem dados reais em diferentes modelos, os alunos interiorizam as diferenças de forma mais eficaz do que com explicações teóricas.

• Aprendizagens Essenciais
• DGE: Secundário - Dados e Análise

• 25–50 min
• Pares → Turma inteira
• 4 atividades

Atividade 01

• Flipped Classroom
• 25 min · Pares

Comparação em Pares: Tabela SQL vs NoSQL

Os pares criam uma tabela comparativa listando vantagens e desvantagens de cada tipo de base de dados, baseados em critérios como escalabilidade, consistência e flexibilidade. Em seguida, partilham exemplos de casos de uso reais. Finalizam com uma votação em sala sobre o melhor para uma app de e-commerce.

Compare as vantagens e desvantagens das bases de dados relacionais e NoSQL.

Sugestão de Facilitação

Durante a Comparação em Pares, forneça tabelas estruturadas com colunas pré-preenchidas para os alunos compararem características como esquema, transações e linguagem de consulta, evitando dispersão.

O que observar

Entregue a cada aluno um pequeno cartão. Peça-lhes para escreverem um cenário onde uma base de dados NoSQL seria preferível a uma relacional e justificar essa escolha em duas frases, mencionando uma característica específica do NoSQL (ex: escalabilidade, flexibilidade de esquema).

• Compreender
• Aplicar
• Analisar
• Autogestão
• Autoconsciência

Atividade 02

• Flipped Classroom
• 45 min · Pequenos grupos

Análise de Cenários: Grupos Pequenos

Divida a turma em grupos pequenos para analisar três cenários: rede social, loja online e IoT. Cada grupo decide e justifica se usar SQL ou NoSQL, explicando escalabilidade. Apresentam posters com diagramas simples.

Analise os cenários em que uma base de dados NoSQL seria mais adequada que uma relacional.

Sugestão de Facilitação

Na Análise de Cenários em grupos pequenos, atribua papéis específicos (ex: 'designer', 'analista de desempenho') para garantir participação equitativa e foco em aspetos técnicos.

O que observar

Inicie uma discussão em pequenos grupos com a seguinte questão: 'Imaginem que estão a desenvolver uma aplicação para gerir um inventário de uma loja pequena vs. um inventário de uma grande cadeia de supermercados com vendas online. Que tipo de base de dados escolheriam para cada cenário e porquê?'

• Compreender
• Aplicar
• Analisar
• Autogestão
• Autoconsciência

Atividade 03

• Flipped Classroom
• 35 min · Turma inteira

Simulação de Escalabilidade: Classe Inteira

Use post-its ou ferramentas online para simular sharding: distribua 'dados' pela turma representando nós. Demonstre como adicionar nós aumenta capacidade sem downtime. Discuta colectivamente impactos na performance.

Explique como a escalabilidade horizontal é alcançada em bases de dados NoSQL.

Sugestão de Facilitação

Na Simulação de Escalabilidade, use ferramentas visuais como gráficos de load balancing em tempo real para tornar o impacto da adição de servidores tangível para os alunos.

O que observar

Durante a explicação de sharding, apresente um diagrama simplificado de uma base de dados distribuída. Pergunte aos alunos: 'Se adicionarmos mais um servidor para processar leituras, que técnica de escalabilidade estamos a usar primariamente? E se quisermos garantir que os dados não se perdem se um servidor falhar?'

• Compreender
• Aplicar
• Analisar
• Autogestão
• Autoconsciência

Atividade 04

• Flipped Classroom
• 50 min · Individual

Protótipo Individual: MongoDB vs MySQL

Cada aluno configura instâncias simples gratuitas online de MongoDB e MySQL, insere dados não estruturados e compara tempos de query. Regista observações num relatório curto.

Compare as vantagens e desvantagens das bases de dados relacionais e NoSQL.

Sugestão de Facilitação

No Protótipo Individual, disponibilize tutoriais passo-a-passo com capturas de ecrã para os alunos não ficarem bloqueados por detalhes técnicos de configuração.

O que observar

Entregue a cada aluno um pequeno cartão. Peça-lhes para escreverem um cenário onde uma base de dados NoSQL seria preferível a uma relacional e justificar essa escolha em duas frases, mencionando uma característica específica do NoSQL (ex: escalabilidade, flexibilidade de esquema).

• Compreender
• Aplicar
• Analisar
• Autogestão
• Autoconsciência

Algumas notas sobre lecionar esta unidade

Este tópico beneficia de uma abordagem construtivista, onde os alunos constroem conhecimento através de experiências práticas em vez de receberem definições teóricas. Evite começar com conceitos abstratos como 'eventual consistency'. Em vez disso, introduza-os após os alunos terem experienciado limitações de consistência em cenários reais. Pesquisas mostram que a comparação direta entre SQL e NoSQL em atividades hands-on reduz significativamente os equívocos comuns sobre escalabilidade.

No final destas atividades, espera-se que os alunos consigam comparar criticamente modelos SQL e NoSQL, identificar casos de uso adequados para cada um e explicar trade-offs de escalabilidade e consistência com exemplos concretos. A participação ativa em debates e simulações é essencial para consolidar esta compreensão.

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Atenção a estes erros comuns

• Durante a Comparação em Pares: Tabela SQL vs NoSQL, watch for students assuming that NoSQL never requires schema validation.

  Peça aos alunos que construam colaborativamente um documento JSON com validações implícitas no MongoDB (usando $jsonSchema) e comparem com a definição de tabela SQL, destacando que ambas exigem regras de consistência.

• Durante a Análise de Cenários: Grupos Pequenos, watch for students generalizing that NoSQL is always superior for scalability.

  Forneça casos de estudo com métricas reais de performance (ex: tempo de resposta em transações ACID vs eventual consistency) e peça aos grupos que apresentem trade-offs, usando os dados para fundamentar as suas conclusões.

• Durante a Simulação de Escalabilidade: Classe Inteira, watch for students believing that horizontal scaling in NoSQL is automatic.

  Durante a simulação, mostre passo-a-passo como configurar sharding no MongoDB (usando mongos e config servers) e peça aos alunos que registem manualmente o particionamento de dados antes e depois de adicionarem um nó.

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Metodologias usadas neste resumo

• Flipped Classroom