Projetos de Robótica Educacional como apoio ao ensino de ... · as pessoas, o ambiente...
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Projetos de Robótica Educacional
como apoio ao ensino de Matemática
e Física: criando um protótipo de robô
controlado por sensor de
luminosidade
MÁRCIO LÚCIO DIAS PEREIRA
Projetos de Robótica Educacional
como apoio ao ensino de
Matemática e Física: criando um
protótipo de robô controlado por
sensor de luminosidade
Autor: Márcio Lúcio Dias Pereira
Orientador: Prof. Dr. Carlos Fernando de Araújo Júnior
Projetos de Robótica Educacional
como apoio ao ensino de
Matemática e Física: criando um
protótipo de robô controlado por
sensor de luminosidade
Universidade Cruzeiro Do Sul
2015
© 2015
Universidade Cruzeiro do Sul
Pró-reitora de Pós-Graduação e Pesquisa
Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
Reitor da Universidade Cruzeiro do Sul –Profa. Dra. Sueli Cristina Marquesi
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
Pró-reitora–Profa. Dra. Tania Cristina Pithon-Curi
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
Coordenação –Profa. Dra. Norma Suely Gomes Allevato
Banca examinadora
Prof. Dr. Carlos Fernando de Araújo Júnior
Prof. Dr. Juliano Schimiguel
Prof. Dr. Ricardo Shitsuka
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL DA
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
P493p
Pereira, Márcio Lúcio Dias.
Projetos de robótica educacional como apoio ao ensino de
matemática e física: criando um protótipo de robô controlado por sensor de luminosidade / Márcio Lúcio Dias Pereira. -- São Paulo: Universidade Cruzeiro do Sul, 2015.
28 p. : il. Produto educacional (Mestrado em Ensino de Ciências e
Matemática). 1. Ensino de matemática 2. Ensino de física 3. Robótica
educacional 4. Projetos educacionais 5. Recursos tecnológicos 6. Robô 7. Processo de ensino – aprendizagem. I. Título II. Série.
CDU: 54:37
SUMÁRIO
1 APRESENTAÇÃO ..................................................................................................................6
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA............................................................................................8
2.1 APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS (ABP) ...................................................8
2.2 ROBÓTICA EDUCACIONAL ...........................................................................................14
3 PRODUTO ............................................................................................................................18
3.1 ATIVIDADE ........................................................................................................................19
4 ORIENTAÇÕES AO PROFESSOR ...................................................................................25
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................26
REFERÊNCIAS .......................................................................................................................27
Márcio Lúcio Dias Pereira
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Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
1 APRESENTAÇÃO
Não há dúvida de que devemos reconhecer e ter acesso aos recursos
tecnológicos, para que possamos avaliar a dimensão que essa tecnologia
assume em nosso cotidiano e, também, se for necessário, definirmos os limites
para a interação e a interdependências desses recursos. Novas formas de
pensar e de conviver estão sendo construídas nesse contexto de evoluções
tecnológicas constantes e irreversíveis, ficando evidente que as relações entre
as pessoas, o ambiente educacional, o mundo do trabalho e os rumos das
civilizações, dependem dessas transformações.
O avanço dos conhecimentos tecnológicos vem se tornando evidente no
cotidiano das pessoas, modificando os seus modos de vida e promovendo
transformações na sociedade, pressupondo, também, diversas mudanças na
Educação. A sociedade, portanto, exige que a educação prepare o indivíduo
para atender às exigências impostas pelas constantes transformações que
influenciam a sua formação profissional e a sua participação como cidadão.
Com essa expectativa, buscamos neste trabalho, oferecer nossa
contribuição, ao desenvolvermos uma metodologia voltada para o professor do
Ensino Médio, de forma a promover um aprendizado mais contextualizado e
significativo para os alunos. Esse trabalho é um recorte da Dissertação de
Mestrado de Márcio Lúcio Dias Pereira, intitulada “Projetos de robótica
educacional para criar cenários multidisciplinares como apoio ao ensino e
aprendizagem de Matemática e Física”, sob a orientação do Prof. Dr. Carlos
Fernando de Araújo Júnior, dentro do curso de Mestrado Profissional em
Ensino de Ciências e Matemática, do Programa de Pós-graduação em Ensino
de Ciências e Matemática da Universidade Cruzeiro do Sul.
Nosso objetivo é investigar como o desenvolvimento de atividades de
Robótica Educacional pode contribuir para o ensino e aprendizagem dos
conteúdos de Matemática e Física. Esses estudos buscam oferecer uma
contribuição para professores e alunos, gerando indicativos para o
desenvolvimento de uma aprendizagem dos conteúdos teóricos, na perspectiva
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Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
de uma aplicação prática e criativa. Para tanto, pretendemos alcançar alguns
objetivos específicos:
Utilizar as técnicas da aprendizagem baseada em projetos educacionais,
com os recursos da Robótica Educacional, para criar atividades com
cenários multidisciplinares.
Desenvolver atividades de robótica e de automação de sistemas
utilizando um recurso tecnológico que tenha custos acessíveis e que
também, possam oferecer recursos de acesso livre e flexíveis.
Possibilitar conexões entre as atividades de robótica e de automação de
sistemas com as disciplinas de Matemática e Física.
Desenvolver atividades que evidenciem o trabalho coletivo, o senso de
liderança, a autonomia, a criatividade e o raciocínio lógico.
Propomos o desenvolvimento de um projeto educacional, caracterizado
por umaatividade estruturada em etapas, na forma de um tutorial, que consiste
na criação de um protótipo de um robô que possa ser controlado por sensores
de luminosidade, que servirá como um artefato didático para auxiliar na
conceituação de alguns conteúdos de Matemática e Física.
Márcio Lúcio Dias Pereira
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Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Compreendemos que sem um referencial teórico, nossa proposta
poderia se tornar algo empírico, não contribuindo o suficiente para a melhoria
do conhecimento, assim, fundamentamos no trabalho na Aprendizagem
Baseada em Projetos (ABP) apoiados nos recursos tecnológicos da Robótica
Educacional.
2.1 APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS (ABP)
O desenvolvimento da metodologia da Aprendizagem Baseada em
Projetos (ABP) tem suas origens nos estudos de John Dewey (1859-1952), por
volta de 1900, quando comprovou o “aprender mediante o fazer”, através de
atividades contextualizadas que valorizavam a capacidade de pensar dos
alunos, por meio de métodos experimentais.
Estudos bem mais recentes como os desenvolvidos pelo Buck Institute
for Education (BIE)1, uma organização de referência mundial, que desenvolve
ações e produtosinstrucionais focados em projetos, apontam que a
Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) é um termo geral que descreve um
método de ensino que utiliza “projetos como foco central de ensino em uma
diversidade de disciplinas”. Muitas vezes, esses projetos emergem a partir de
um contexto autêntico, abordam questões controversas ou importantes na
comunidade e se desdobram de modos imprevistos. Não existe, porém, uma
única definição aceita de ABP, entretanto, para o BIE (2008), podemos defini-la
a como sendo:
Um método sistemático de ensino que envolve os alunos na aquisição de conhecimentos e de habilidades por meio de um extenso processo de investigação estruturado em torno de questões
1Buck Institute for Education (BIE): Organização sem fins lucrativos que reúne ações práticas e produtos instrucionais, fornecendo serviços altamente eficazes para professores e escolas. Oferece desenvolvimento profissional sobre como projetar, avaliar e gerenciar projetos que envolvem a motivação de alunos através da Aprendizagem Baseada em Projetos (Project Based Learning-PBL) em todas as séries e disciplinas. (http://bie.org/).
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complexas e autênticas e de produtos e tarefas cuidadosamente planejados. (BIE, 2008, p.18)
Ainda segundo o BIE (2008), essa necessidade é determinada não
apenas pelas demandas da “força de trabalho por empregados com alto
desempenho que possam planejar, trabalhar em equipe e se comunicar”, mas
também pela “necessidade de ajudar todos os jovens a adquirir
responsabilidade cívica e a dominar suas novas funções como cidadãos do
mundo”. De certa forma, a necessidade de que a educação se adapte a um
mundo em transformação é a razão básica do crescimento da popularidade da
ABP.
As escolas estão sendo cobradas, cada vez mais, para que possam
oferecer aos seus alunos, um ensino mais contextualizado, motivador e que
possa ser capaz de envolvê-los em atividades que permitam o
desenvolvimento de suas habilidades, além de fazer com que este aluno, tenha
um envolvimento maior com a comunidade onde vive. Trata-se de uma
tentativa de criar novas práticas de ensino que reflitam o ambiente no qual os
alunos vivem e aprendem.
Bons projetos em sala de aula encorajam mudanças na cultura e na
estrutura das escolas e nesse sentido, a ABP pode contribuir de forma mais
significativa para esse processo de mudança na escola, incentivando a
colaboração dos professores e motivando os alunos, ajudando a incorporar
resultados de aprendizagem da escola como um todo ao programa de ensino,
estabelecendo fortes vínculos entre os alunos, os pais e os demais membros
da comunidade no processo educacional.
Os recursos da ABP têm sido utilizados em praticamente todas as
disciplinas e anos escolares, e geralmente tem sido implementada no ensino
de ciências e matemática, cujos casos de sucesso podem ser evidenciados
através de diversos trabalhos divulgados em simpósios e congressos. Esses
recursos podem ser tornar um método de ensino relevante e envolvente que
prioriza a aprendizagem autônoma dos alunos, encorajando diversas
mudanças nas formas ensinar e trazendo vários benefícios, pois, utilizam
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Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
processos de investigação, resolução de problemas, tomada de decisão,
trabalho de grupo e apresentações como ferramentas importantes nos
processos de aprendizagem.
Na opinião de Hernández e Ventura (1998), devemos organizar o que os
alunos aprendem a partir de conceitos ou ideias-chave que vão além das
matérias escolares e que permitem explorá-las para aprender a descobrir
relações, interrogar-se sobre os significados das interpretações dos fatos e
continuar aprendendo, fazendo com “as disciplinas escolares não sejam um
porto de chegada, uma referência, um farol que assinala uma costa para
orientar-se numa exploração mais ampla e incerta”. Para estes autores, os
projetos podem ser considerados como uma prática educativa, com uma
função bem definida, afirmando que:
A função do projeto é favorecer a criação de estratégias de organização dos conhecimentos escolares em relação a: 1) o tratamento da informação, 2) a relação entre os diferentes conteúdos em torno de problemas ou hipóteses que facilitem aos alunos a construção de seus conhecimentos, a transformação da informação procedente dos diferentes saberes disciplinares em conhecimento próprio. (HERNÁNDEZ; VENTURA, 1998, p. 61).
Os projetos de trabalho podem ser aplicados em todas as áreas de
conhecimento, podendo organizar-se seguindo um determinado eixo: a
definição de um conceito, um problema geral ou particular, um conjunto de
perguntas inter-relacionadas, uma temática que valha a pena ser tratada ou,
ainda, algumas atividades que favoreçam a busca e o tratamento da
informação; e isso, normalmente, supera os limites de uma matéria.
Segundo Hernández e Ventura (1998), “o aluno aprende (melhor)
quando torna significativa a informação ou os conhecimentos que se
apresentam na sala de aula”. Dessa forma, ainda, segundo este autor, “os
projetos de trabalho são uma resposta – nem perfeita, nem definitiva, nem
única”, mas que permite aos professores uma reflexão sobre a sua prática e
inclusive podendo melhorá-la.
O sucesso de um projeto é representado pelo esforço investigativo,
voltado a encontrar respostas convincentes para as questões sobre um
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determinado tema e que devem ser desenvolvidos pelos alunos. Embora os
alunos constituam o foco da aprendizagem com projetos, devemos também,
destacar a importância do papel exercido pelo professor.
Um projeto não precisa ser desvinculado da programação acadêmica,
devendo ser programado e proposto de forma a intensificar o processo de
aprendizagem dos conteúdos e, principalmente, possibilitar a diversificação de
ações e vivências que propiciem o desenvolvimento das diferentes
competências. A postura do professor como mediador ou facilitador do
processo de aprendizagem, fica evidente quando trabalhamos com projetos
educacionais.
Quando os alunos desenvolvem trabalhos com projetos, não se espera
que recebam todas as informações já estruturadas pelo professor, pois, este
não deve ser a única fonte do conhecimento. Os alunos devem buscar outros
instrumentos, recursos e fontes, assim a figura do professor facilitador é
exatamente de auxiliar seus alunos a buscarem essas novas fontes. Assim, ao
desenvolvermos uma atividade utilizando as técnicas de um projeto
educacional num cenário contextualizado, devemos levar em consideração
estas questões, pois elas são de grande importância, quando envolvidas num
processo de ensino-aprendizagem.
Nogueira (2008), nos diz que “se pensarmos os projetos como uma
dinâmica que propicia a autonomia do aluno, permitindo que ele seja capaz de
planejar suas ações, seus atos e procedimentos”, os projetos educacionais
podem ser uma das possibilidades de flexibilizar nossas ações pedagógicas,
deixando que cada aluno consiga criar uma rede de significados.
Dessa forma, desenvolvendo o que este autor denomina de um
“espectro de competências” que permitem que estes alunos possam trabalhar
com a concepção da “pluralidade das inteligências”, assim, o professor precisa
estar atento a todos os alunos participantes de um projeto educacional, e deve,
conforme afirma Nogueira (2008), aproveitar “toda e qualquer oportunidade de
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mediar as diferentes e possíveis conexões entre as múltiplas competências de
um espectro”.
Considerando as fundamentações baseadas na Aprendizagem Baseada
em Projetos (ABP) e a organização do currículo por projetos de trabalho
poderíamos estruturar as etapas e os papéis assumidos pelo professor e pelos
alunos no desenvolvimento de projeto educacional, conforme mostrado na
Figura 1.
Figura 1: Etapas e papéis do projeto educacional Fonte: HERNADÉZ & VENTURA, 1998; NOGUEIRA, 2008 (adaptado).
Definição do tema: Através de discussões com os alunos, professores,
coordenadores ou mesmo representantes da comunidade, podemos
definir o tema, problemas ou assuntos que poderão ser trabalhados no
projeto. Devemos analisar a relevância desse tema e se ele poderá
provocar mudanças de atitudes nos alunos e se poderá ser tratado de
forma multidisciplinar, se propiciará novos conhecimentos e se atenderá
aos anseios e necessidades dos participantes.
Acompanhamento: Embora estruturado como uma etapa, o
acompanhamento do projetodeve ser realizado pelo professor, ao longo
do processo de treinamento, sendofundamental para a correção de
rotas, observações, sugestões e orientações. Foi uma importante etapa
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para que os alunos não se sentissem “abandonados” no projeto,
podendo, sempre que necessário, contar com o apoio do professor.
Planejamento: Nessa etapa define-se a estrutura do projeto, de forma a
garantir o acompanhamento, a execução, a finalização e a avaliação do
projeto. O professor deve levar em consideração as questões
operacionais, gerenciais e estratégicas, auxiliando os alunos nas demais
etapas do projeto. Estabelecemos a carga horária destinada ao projeto,
a estruturação modular, as datas e horários dos encontros. Para os
alunos, esta etapa é importante para que possam se organizar e definir
as necessidades e prioridades, porém, sem abrir mão da autonomia e da
flexibilidade, tornando o projeto bastante autêntico.
Execução: Nessa etapa ocorrem efetivamente a realização das
atividades do projeto, dentro de cada módulo estruturado. Trata-se do
momento da ação do projeto, onde os alunos podem colocar em prática
o que já sabiam e o que foi aprendido no decorrer do projeto. Nessa
etapa, o professor assume o papel de facilitador, fornecendo o suporte
necessário para que os alunos possam realizar suas tarefas.
Depuração: Nessa etapa, o professor discute com os alunos sobre o
andamento do projeto, analisando a necessidade de se fazer alguma
mudança. Os alunos devem ser instigados a dar um posicionamento e
fazer algumas correções ou redirecionamentos em algumas atividades
do projeto.
Apresentação:Nessa etapa os alunos fazem a apresentação dos
resultados dos trabalhos desenvolvidos durante a etapa de execução do
projeto. Essas apresentações podem ser feitas individualmente e em
grupos, que podem ser assistidas por outros alunos, professores e
coordenadores da escola.
Fechamento: Nessa etapa o professor estabelece o fechamento do
projeto, fazendo uma retrospectiva junto aos alunos, revendo os
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principais acontecimentos e resultados, auxiliando os alunos na fixação
do que foi vivenciado por eles. Podem ser feitos comentários sobre as
dúvidas que surgiram, as soluções encontradas, o envolvimento dos
alunos e as situações adversas. Também, podem ser discutidas as
perspectivas de implantação de um projeto mais abrangente e que
pudesse contar com uma participação de um maior número de alunos,
envolvendo inclusive outras turmas ou outras escolas.
Avaliação: Nessa etapa o professor faz a avaliação do projeto,
primeiramente através de questionários preenchidos pelos alunos sobre
aspectos relativos ao projeto como um todo e também sobre a
autoavaliação desses alunos. Também podem ser feitasavaliações com
outros professores, com a coordenação do curso e com a direção da
escola, com base nos objetivos definidos no planejamento inicial. Todos
os dados devem ser tabulados ou organizados de maneira que possam
ser analisados de forma quantitativa e qualitativa.
Registro: Todas as etapas do projeto devemser registradas pelo
professor mediador/facilitador, desde a concepção até a avaliação, para
que possamser feitas análises e reflexões sobre tudo o que ocorreu
durante o processo. Podem ser utilizadas várias formas de registro
como: protocolos gerados pelos alunos, esquemas, relatórios, mapas,
desenhos, recortes, imagens, vídeos, protótipos e documentos diversos.
2.2 ROBÓTICA EDUCACIONAL
Desde de que o os primeiros robôs foram criados, a robótica tem
passado por grandes evoluções em razão das diversas tecnologias que foram
desenvolvidas pelo homem. Nossa discussão, no entanto, concentra-se na
pesquisa e no desenvolvimento de robôs como “máquinas informatizadas” ou
“automatizadas”, onde suas ações são previamente programadas e dependem
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de vários tipos de informações a serem processadas, ou seja, nos referimos a
máquinas programáveis que realizam tarefas predefinidas.
Os assuntos normalmente abordados em robóticaexploram vários
conceitos aprendidos em diversas áreas do conhecimento humano, como
matemática, física, eletrônica e informática. Através das quais, podemos
relacionar,diversos conteúdos programáticos, como lógica de programação,
algoritmos estruturados, linguagens de programação, cálculo numérico,
computação gráfica, engenharia de software, inteligência artificial e física
experimental, etc.
Fica evidente, portanto, que o papel da escola e o do professor, deva ser
o de proporcionar programas curriculares mais adequados, para que possamos
aplicar estas teorias e conteúdos, em atividades concretas, através do
desenvolvimento de projetos educacionais, do trabalho em equipe e de
atividades que contribuam para uma melhor aprendizagem dos alunos e de
uma participação mais efetiva na comunidade.
Nesse contexto, destacamos os trabalhos de Seymour Papert, que
influenciado pelas ideias construtivistas de Jean Piaget2, desenvolveu o
Construcionismo, que parte da suposição de que os alunos apenderão melhor
descobrindo, por si mesmos. Papert (1994) deixa claro que as evoluções
tecnológicas iriam proporcionar grandes mudanças e que os desafios sempre
farão parte desses propósitos e inclusive serviriam como oportunidades.
Assim como a escrita, a pintura e a multimídia de expressão, Cibernética como meio criativo tem uma melhor chance de ser suficientemente aberta para oferecer algo para todos; e na medida em que não oferece, ela proporciona melhores oportunidades para que trabalhemos com maior empenho para ampliar suas possibilidades. (PAPERT, 1994, p. 161).
2 Jean Piaget (1896-1980): Foi um dos pesquisadores mais influentes no campo da educação durante a segunda metade do século XX. Sua pesquisa se baseava em submeter à observação científica rigorosa a aquisição de conhecimento pelo ser humano. Criou um campo de investigação que denominou epistemologia genética, uma teoria do conhecimento centrada no desenvolvimento natural da criança. (http://revistaescola.abril.com.br/formacao/jean-piaget-428139.shtml).
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Baseados nesse ponto de vista, buscamos nossas referências no
desenvolvimento de projetos, utilizando recursos tecnológicos da Robótica
Educacional, que segundo Menezes e Santos (2002), “é um termo utilizado
para caracterizar ambientes de aprendizagem que reúnem kits de montagem”,
compostos por diversas peças como: motores, engrenagens, sensores e outros
dispositivos que podem ser controlados por computadores e programas que
permitam programar o funcionamento dos modelos ou protótipos montados.
Os alunos envolvidos nesse ambiente de aprendizagem desenvolvem
diversas competências e habilidades como o raciocínio lógico, habilidades
manuais, relações interpessoais, resolução de problemas, investigação,
representação, comunicação, criatividade, opinião crítica e tomada de
decisões. Quando observarmos a abrangência desses assuntos, podemos ir
muito além das questões didáticas, envolvendo experiências de
aprendizagempara alunos e também, para profissionais de diversas áreas
como engenharias de controle e automação, mecatrônica, mecânica,
eletrônica, dentre outras.
Ao utilizarmos os recursos da Robótica Educacional como uma
ferramenta lúdica, educativa e motivacional, estaremos trabalhando diferentes
iniciativas que possibilitam o desenvolvimento da aprendizagem dos alunos sob
diversas formas, como:
Integra diversas áreas do conhecimento através de atividades que
permite o desenvolvimento do raciocínio e da lógica, e também, de
conceitos curriculares de comunicação e expressão, matemática, física,
ciências biológicas, articulando o conhecimento científico e tecnológico
em uma perspectiva interdisciplinar
Transforma a aprendizagem em um processo de motivação,
colaboração, construção e reconstrução, promove a troca de
experiências, o trabalho comunitário, a compreensão da ética, o
relacionamento interpessoal e desenvolvimentoda autoestima e do
autoconhecimento.
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Possibilita a construção de protótipos robóticos com materiais
reutilizáveis, produtos recicláveis, motores, servos, sensores e outros
componentes elétricos, eletrônicos e eletromecânicos, propiciando
também, sua manutenção e configuração, através de ferramentas,
instrumentos e linguagens de programação.
Assim, o que devemos buscar, é um processo educativo com propósitos,
contextos e situações que envolvam esses alunos num projeto educacional no
qual ele seja o foco, mas que também possam ser os protagonistas deste
cenário. Nessa perspectiva, destacamos a importância do desenvolvimento de
cenários adequados, construídos através de propostas bem elaboradas,
contendo módulos de trabalho que sejam ao mesmo tempo motivadores e
contextualizados.
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3 PRODUTO
O desencadeamento das atividades em cada módulo segue um percurso
metodológico que se inicia com a contextualização dos conhecimentos teóricos
a serem abordados. Posteriormente, devem ser propostos experimentos com
níveis de dificuldade crescentes, adotando também uma forma de
aprendizagem baseada na prática, permitindo que os resultados sejam
analisados tanto no campo da tecnologia quanto do comportamento
demonstrado. Todas as atividades desenvolvidas, podem ser organizadas em
dois grupos:
Fundamentações Técnicas (FT): Apresentam todas as informações
teóricas necessárias à compreensão dos conceitos, envolvendo
pesquisas, discussões em grupos e apresentação de seminários,
permitindo uma melhor compreensão dos fundamentos e o
compartilhamento dos conhecimentos adquiridos.
Oficinas Experimentais (OE):Abordam a criação dos sistemas de
automação e protótipos robóticos relacionados aos conceitos abordados.
Para a montagem dos modelos robóticos e dos sistemas automação,
podem ser utilizados diversos componentes elétricos, eletrônicos,
eletromecânicos, além de materiais recicláveis ou reaproveitáveis.
Para o desenvolvimento dos sistemas de automação e dos protótipos
robóticos propostos no projeto, será utilizada uma plataforma tecnológica
chamada Arduino. Esta arquitetura foi concebida sob um conceito tecnológico
denominado de open-source, baseado numa plataforma de hardware e
software livres e flexíveis, ou seja, possuem uma tecnologia de fonte aberta, o
que significa que você pode criar seus próprios projetos, modificar os já
existentes. Para o desenvolvimento das atividades práticas utilizamos o modelo
de placa Arduino mais comum, denominada UNO. Na imagem mostrada na
Figura 2, podemos observar as características mais comuns deste modelo de
placa.
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1. Botão reset: Reinicialização da placa controladora.
2. Conector USB: Comunicação via dispositivo serial do microcomputador.
3. Conector fonte: Conexão de uma fonte externa (baterias) para alimentação da placa.
4. Portas alimentação: Conexões responsáveis pelos sinais entrada de tensão de 5V, 3.3V e GND.
5. Portas analógicas: Pinos para entrada de dados. 6. Microcontrolador: Circuito integrado que atua
como microcontrolador principal da placa. 7. Portas Digitais/PWM: Pinos configurados como
portas de entrada usadas na leitura de informações nos sensores e saídas para controlar os atuadores.
Figura 2: Principais componentes da placa Arduino UNO Fonte: http://Arduino.cc/
Para execução das tarefas das atividades práticas, deve ser montado
para cada participante um “Kit de Automação e Robótica”, veja Figura 3,
composto de diversos componentes elétricos, eletrônicos e eletromecânicos,
para serem utilizados pelos alunos para montar os sistemas de automação e os
protótipos robóticos propostos.
Figura 3: Kit de Automação e Robótica montado para os treinamentos
Fonte: Montado pelo Autor
3.1 ATIVIDADE
Durante a execução do projeto podem desenvolvidas atividades práticas,
nas quais podem ser criados diversos protótipos robóticos ou sistemas de
automação, como: ponte levadiça, braço robótico, carro robô com sensores,
casa automatizada, abajur divertido, associação de lâmpadas, etc. Nesse
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trabalho, no entanto, descreveremos o processo de criação de um protótipo de
robô controlado por sensor de luminosidade.
Objetivo: Construir um protótipo de um robô que possa ser controlado
por uma fonte de luz (lanterna) direcionada para sensores de
luminosidade que acionam os motores que movimentem o robô. A
Figura 4, mostra um exemplo do robô que poderá ser montado.
Figura 4: Robô controlado por sensores de
luminosidade
Fonte: Autor
Como funciona: Se desejarmos que o robô sem movimente em linha
reta, devemos focalizar uma lanterna para o sensor de luminosidade
(LDR3), acionando os dois motores (M1 e M2) ao mesmo tempo. Se
pretendemos mover o robô para direita ou para esquerda, devemos
focalizar a lanterna para os sensores (LDR1 ou LDR2) que acione os
motores (M1 ou M2) na respectiva direção. O Quadro 1, descreve os
movimentos do robô, de acordo com os respectivos sensores.
Quadro 1: Movimentos do robô com sensores de luminosidade (LDR)
Sensor Acionamento dos motores Movimento
LDR1 Liga Motor 1 (M1) / desliga Motor 2 (M2) Para Direita
LDR2 Desliga Motor 1 (M1) / liga Motor 2 (M2) Para Esquerda
LDR3 Liga Motor 1 (M1) / liga Motor 2 (M2) Para Frente
Fonte: Autor
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Conteúdos multidisciplinares: Para auxiliar na compreensão e
desenvolvimento das tarefas propostas nessa atividade foram
retomados alguns conteúdos de Matemática e Física, conforme
descritos na Tabela 2.
Tabela 2: Conteúdos multidisciplinares
Disciplina Grupo Conteúdo
Física
Eletrodinâmica
Energia elétrica (corrente, tensão, resistência). Resistores. Leis de Ohm. Associação de resistores. Geradores e receptores elétricos. Potência elétrica. Circuitos elétricos. Aparelhos de medidas elétricas.
Eletromagnetismo Força e campo magnético. Indução eletromagnética. Ondas eletromagnéticas.
Matemática Álgebra Equações e inequações. Funções: Noção, conceitos, gráficos. Função polinomial. Sistemas lineares.
Fonte: Autor
Componentes necessários: Para efetuar a montagem do robô
controlado por sensores de luminosidade, você utilizará os componentes
elétricos, eletrônicos, eletromecânicos e outros materiais, conforme
descrito no Quadro 2.
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Quadro 2: Componentes para montagem do robô
Componente Imagem Componente Imagem
1 Placa Arduino UNO
2 Diodos
IN-4007 ou similares
2 Motores DC 5V c/ caixa de redução
4 pilhas
AA 1,5 V
2 Rodas p/ motores DC/CC
1 Bateria 9V
1 Protoboard pelo c/ menos 400 furos
1 Conector p/ bateria 9V com plugue
Diversos jumpers ou fios para conexão
1 rodízio pequeno
1 Suporte para pilhas de tamanho
AA c/ 4un
1 Lanterna
2 Transistores TIP 120 ou similares
3 Resistores entre 600 e 700 Ohm
3 Sensores luminosidade (LDR)
2 Resistores entre 1,0 e2,0 K Ohm
Observações: Você poderá utilizar também, outros recursos para auxiliar na montagem dos componentes, como: canudos de plástico, tubos de canetas, alicate, chave de fenda, tesoura, cola, etc.
Fonte: Autor
Montagem corpo do robô: Para confeccionar o corpo do robô, você
poderá utilizar pedaços de madeira, acrílico ou papelão rígido, que
poderão ser fixados com cola, braçadeiras ou parafusos. A Figura 5,
mostra o esquema para montagem do corpo do robô.
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Figura 5: Esquema de montagem do corpo do robô Fonte: Autor
Esquema de ligação: Utilize como referência o esquema mostrado na
Figura 6, para fazer a conexão dos componentes elétricos, eletrônicos e
eletromecânicos do robô.
Figura 6: Esquema de ligação do Robô controlado por sensores de luminosidade Fonte: Autor (desenvolvido no aplicativo Fritzing3)
Codificação do programa: Para controlar o robô através dos sensores
de luminosidade, você deverá escrever a codificação do programa que
3Fritzing: Aplicativo desenvolvido pela fundação “FriendsofFritzing”, que permite criar, documentar e compartilhar protótipos de circuitos eletrônicos. (http://fritzing.org)
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deverá ser executado no Arduino, Quadro 3. O programa deverá ser
codificado na interface de desenvolvimento do Arduino (IDE) e enviado
para a placa controladora.
Quadro 3: Codificação do programa de controle do robô
int valorLDR1; // Variavel Sensor LDR1
int valorLDR2; // Variavel Sensor LDR2
int valorLDR3; // Variavel Sensor LDR2
int pinoLDR1 = 0; // Pino LDR1 - A0
int pinoLDR2 = 1; // Pino LDR1 - A1
int pinoLDR3 = 2; // Pino LDR1 - A2
int pinoMotor1 = 8; // Pino Motor1
int pinoMotor2 = 9; // Pino Motor2
void setup()
{
pinMode(pinoMotor1, OUTPUT); // Ativa pinoMotor1 - Saída
pinMode(pinoMotor2, OUTPUT); // Ativa pinoMotor1 - Saída
}
void loop()
{
valorLDR1 = analogRead(pinoLDR1); // Leitura Sensor LDR1
valorLDR2 = analogRead(pinoLDR2); // Leitura Sensor LDR2
valorLDR3 = analogRead(pinoLDR3); // Leitura Sensor LDR3
// Testar LDR1, LDR2 E LDR3
if (valorLDR1 > 200)
{
digitalWrite(pinoMotor1, HIGH); // Liga Motor1
digitalWrite(pinoMotor2, LOW); // Desliga Motor2
}
else if (valorLDR2 > 200)
{
digitalWrite(pinoMotor1, LOW); // Desliga Motor1
digitalWrite(pinoMotor2, HIGH); // Liga Motor2
}
else if (valorLDR3 > 200)
{
digitalWrite(pinoMotor1, HIGH); // Liga Motor1
digitalWrite(pinoMotor2, HIGH); // Liga Motor2
}
else
{
digitalWrite(pinoMotor1, LOW); // Desliga Motor1
digitalWrite(pinoMotor2, LOW); // Desliga Motor2
}
delay(10); // Pausa
}
Fonte: Autor (escrito no IDE do Arduino)
Márcio Lúcio Dias Pereira
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Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
4 ORIENTAÇÕES AO PROFESSOR
Você poderá fazer a análise das atividades desenvolvidas por meio de
observações de aulas, registros em áudio e vídeo, anotações registradas pelos
participantes, material de apoio didático, esquemas e modelos, apresentação e
exposição das atividades de automação e protótipos desenvolvidos. Também
poderão ser analisadas as respostas dos alunos a questionários e depoimentos
colhidos em entrevistas durante o desenvolvimento do projeto.
A análise pode feita de forma qualitativa e quantitativa levando em
consideração vários aspectos, como: o acompanhamento das atividades de
fundamentações técnicas; as observações dos trabalhos efetuados nas oficinas
experimentais; as habilidades na utilização dos recursos tecnológicos.
Márcio Lúcio Dias Pereira
26
Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Ao estabelecermos uma metodologia de trabalho sob a perspectiva de
uma aprendizagem baseada em projetos educacionais, conseguimos estruturar
todo o nosso processo de treinamento com etapas e papéis bem definidos. As
flexibilizações pedagógicas inseridas na prática dos trabalhos com projetos
educacionais permitem o posicionamento dos alunos quanto ao planejamento,
às ações, às escolhas, às trajetórias, que ocorrem através da autonomia, que
está no cerne dessa metodologia. Nossas considerações sobre o projeto
convergem de forma favorável a utilização de protótipos robóticos e sistema de
automação, como artefatos que podem auxiliar no ensino e aprendizagem dos
conteúdos de Matemática e Física.
Nesse processo de aprendizagem, podem ser evidenciados, a interação,
a participação e a troca de ideias pela busca de soluções para os problemas
propostos em cada atividade executada. Isso, sem dúvida, proporciona o
desenvolvimento do trabalho colaborativo, do senso de liderança, da autonomia
e da criatividade que se configura como objetivos específicos do nosso trabalho
de pesquisa.
Podemos considerar que a investigação aponta resultados favoráveis a
utilização das técnicas de Robótica Educacional, sob a perspectiva da
aprendizagem baseada em projetos educacionais, possibilitando que os alunos
possam aprender de forma mais significativa e contextualizada, alguns
conceitos de Matemática e Física.
Acreditamos que a proposta pedagógica da escola deve ser
fundamentada numa visão crítica da sociedade, a partir das divergências nela
existentes, procurando atuar nessa realidade, provocando transformações
sociais. Nessa abordagem qualquer que seja o processo educativo adotado,
nascerá fadado ao insucesso, se não respeitar a realidade do aluno, não
valorizar sua bagagem cultural e não fizer uso de um trabalho sistemático,
planejado e consciente que possibilite a apropriação do saber elaborado por
esses alunos.
Márcio Lúcio Dias Pereira
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Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
REFERÊNCIAS
BIE. BUCK INSTITUTE FOR EDUCATION. Aprendizagem baseada em
projetos: guia para professores de ensino fundamental e médio. Trad. Daniel
Bueno. 2. ed. Porto Alegre: Artmed, 2008.
HERNÁNDEZ, F.; VENTURA, M. A organização do currículo por projetos de
trabalho: O conhecimento é um caleidoscópio. 5. Ed. Trad. Jussara Haubert
Rodrigues. Porto Alegre: Artmed, 1998.
MENEZES, E. T. de; SANTOS, T. H. dos. "Robótica educacional" (verbete).
Dicionário Interativo da Educação Brasileira - EducaBrasil. São Paulo: Midiamix
Editora, 2002. Disponível em: <http://www.educabrasil.com.br/eb/dic/dicionario.
asp?id=49>. Acesso em: 14 jun. 2015.
NOGUEIRA, N. R. Pedagogia dos projetos: etapas, papéis e atores. 4. ed.
São Paulo: Érica, 2008.
PAPERT, S. A Máquina das Crianças: repensando a escola na era da
informática. Porto Alegre: Artes Médicas, 1994.