Artigo_MNR v3

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ROBÓTICA EDUCACIONAL EM ESCOLAS PÚBLICAS: DESENVOLVIMENTO DE
APLICAÇÕES EM DIFERENTES ÁREAS DE ENSINO.
Josué Nazário de Lima
Gustavo Henrique Alvim Nascimento
Carlos Roberto da Silveira Júnior
Instituto Federal de Goiás – Campus Inhumas
Av. Universitária s/n, Vale das Goiabeiras
CEP 75400-000 - Inhumas GO
Resumo: Crianças e jovens de hoje têm acesso fácil a
diferentes ferramentas tecnológica, com isso as escolas
precisam adaptar-se com o intuito de melhorar o processo de
ensino e aprendizagem. Uma das ferramentas que vem
apresentando destaque é a robótica educacional. No entanto
representa um desafio para professores que queiram se
aventurar nesta nova ferramenta. Este projeto tem como
objetivo estudar, desenvolver e aplicar atividades
interdisciplinares de robótica educacional em diferentes áreas
do ensino médio, utilizando um robô de baixo custo
previamente desenvolvido por alunos da própria Instituição.
Para tanto propõe realizar uma revisão bibliográfica sobre o
tema e metodologias aplicadas, estudo das ferramentas de
hardware e software, desenvolvimento de modelos de aula de
robótica educacional aplicados a diferentes disciplinas,
aplicação desses modelos através de aulas de tópicos
selecionados, documentar e desenvolver tutoriais das
atividades em aplicações na área de geografia e física.
Palavras Chaves:Robótica, educação, arduino.
Abstract:Children and young people today have easy access to
different technological tools. Therefore schools need to adapt
to the modern world, in order to improve the process of
teaching and learning and interdisciplinarity. One of the tools
that has been presenting educational robotics is highlighted.
Since the students' interest in robotics is quite significant.
However a challenge for teachers who have not had contact
with robotics and are afraid to venture into this new tool. This
project aims to study, develop and implement interdisciplinary
educational robotics activities in different areas of the high
school, using a low cost robot previously developed by
students of the institution itself. For that proposes to conduct a
literature review on the subject and methodologies, the study of
hardware and software tools, model development class
educational robotics applied to different disciplines, applying
these models through classes selected topics, document and
develop the tutorials activities.
Keywords:Robotics,education,multidisciplinary.
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INTRODUÇÃO
Segundo Dienes (apud Neto, 2010) as habilidades que um
indivíduo possui não aparecem de repente. Elas também
resultam de um processo que ocorre por etapas. É uma
evolução que se dá do concreto para o abstrato. A experiência
concreta se inicia com a manipulação curiosa, com o contato
físico, com os sentidos. À medida que as experiências vão se
acumulando, começam a surgir semelhanças e classificações,
que levam à formação dos conceitos. Surge depois a
capacidade de descrever, comparar, representar graficamente e,
por fim, de equacionar e demonstrar.
Dessa forma, segundo Fagundes et. all (2005) o educador deve
tornar-se um agente de transformação na vida do educando,
alguém capaz de desafiar, de dispor de situações-problema a
fim de que possam surgir soluções criativas e ambientes
inovadores, ao invés da repetitiva erudição que decorre da
memorização de ideias que não explora a criatividade nem o
verdadeiro valor da Ciência Matemática.
As mudanças se dão de maneira cada vez mais rápida. Por isso,
o professor precisa instrumentalizar-se com uma base sólida de
conhecimentos, técnicas e métodos de ensino que lhe permitam
crescer, adaptar-se, e de fato ser o agente de transfromação na
vida do aluno (Neto, 2010).
Tradicionalmente a prática mais frequente no ensino da
matemática tem sido aquela em que o professor apresenta o
conteúdo oralmente, partindo de definições, exemplos,
demonstrações de propriedades, seguidos de exercícios de
aprendizagem, fixação e aplicação, e pressupõe que o aluno
aprenda pela reprodução. Assim, considera-se que uma
reprodução correta é evidência de que ocorreu aprendizagem.
Essa prática de ensino tem se mostrado ineficaz, pois a
reprodução correta pode ser apenas uma simples indicação de
que o aluno aprendeu a reproduzir alguns procedimentos
mecânicos, mas não comprova que ele aprendeu o conteúdo e
se é capaz de utilizá-lo em outros contextos, conectando este
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conhecimento com outros para produzir novas ideias e
conclusões (Brasil, 1998).
Fagundes et. all (2005) em seu trabalho conclui que é essencial
criar condições de incentivo para que haja discussão e apoio,
para que a sala de aula seja um espaço onde alunos e
professores participem apresentando sugestões para problemas
e até mesmo novos problemas a serem solucionados, uma vez
que a escola deve ser um ambiente de auto-superação e
crescimento e são nas dificuldades que exploram a capacidade
de superação do aluno.
As vantagens oferecidas por uma atividade não só teórica, mas
também prática na educação de alunos do ensino fundamental e
médio são: maior facilidade no desempenho de raciocínio, mais
convicção nas respostas, organização do raciocínio lógico e
alta motivação (PEREIRA, 2010).
Uma opção que pode suprir as necessidades relacionadas à
atividades práticas que agregam conhecimentos de diversas
disciplinas como matemática, física, lógica, dentre outras é a
robótica educativa ou robótica pedagógica (SCHONS et. all,
2010).
A utilização da robótica como instrumento de ensino permite
aos estudantes desenvolverem a capacidade de elaborar
hipóteses, investigar soluções, estabelecer relações e tirar
conclusões (BENITTI et. all, 2010).
Assim, o aluno, através de seus próprios conhecimentos passa a
enxergar problemas, que anteriormente eram vistos de forma
rígida e metódica, como algo do cotidiano e enxerga também
novas formas de aplicar seus conhecimentos adquiridos.
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Figura 1 – Kit Robótico Seeed Studio
Ainda na primeira etapa, a interação com o ambiente de
programação Arduino se iniciou, através de códigos já
desenvolvidos por outros alunos em projetos anteriores. O
Arduino foi escolhido por diversos motivos, entre outros por
possuir uma interface simples e de fácil programação, além de
ser uma ferramenta gratuita e com bastante suporte, tanto para
os que estão iniciando como também para aqueles que já têm
certa experiência. Esse ambiente de desenvolvimento utiliza
uma linguagem baseada em linha de código, que tem sintaxe
semelhante à linguagem C e possui ampla documentação à
respeito de suas funcionalidades. Na figura 2 é apresentada a
tela de programação do software Arduino.
OBJETIVOS
Estudar, desenvolver e aplicar atividades interdisciplinares de
robótica educacional em diferentes áreas do ensino médio de
escolas públicas. Como objetivo específico Introduzir o uso de
robótica educacional no ensino médio de escolas públicas,
tanto como no próprio Instituto.
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MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia de desenvolvimento do projeto de pesquisa foi
dividida em três etapas.
Na primeira etapa do projeto foi feito o estudo de princípios de
robótica e eletrônica básica como meio de ambientar os
integrantes do projeto. Foram realizados estudo e testes no kit
robótico Seeed Studio, representado na Figura, para que os
integrantes conhecessem melhor a ferramenta para o
desenvolvimento das etapas posteriores. Foi feito o estudo da
ferramenta de programação, estudo e programação do
controlador, sensores e atuadores e desenvolvimento de
diferentes atividades como forma de compreender a capacidade
do kit didático.
Figura 2 – Tela de programação do software Arduino
O robô utilizado (Figura 3), é um robô de baixo custo e assim
como sua base de programação, foi desenvolvido no próprio
Instituto em pesquisas anteriores (Da Silveira Junior et. All,
2014; .
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robótica, previemente adquiridos, estavam mais relacionados a
um conhecimento mais superficial sobre robótica.
Foi necessário compreender quais sensores o robô possuía e
também completar parte de seu código, foram acrescentadas
funções relacionadas por exemplo a sensores de luminosidade e
também a uma bússola que foi encorporada ao robô durante o
desenvolvimento do projeto.
Na sequência, iniciou-se a confecção das atividades que seríam
propostas aos alunos e também foram realizados testes destas
mesmas. Também foram desenvolvidos relatórios de avaliação
dos resultados que seríam posteriormente adquiridos através da
aplicação das atividades.
Figura 3 – Robô de baixo custo
Na segunda etapa foi feita uma revisão bibliográfica
relacionada ao uso de robótica educacional no ensino médio
nas salas de aula como ferramenta interdisciplinar de ensino. A
partir dessa revisão foi realizado um estudo para definição do
modelo de atividades de robótica educacional para o ensino de
diferentes áreas de ensino como matemática, geografia, física,
português, etc. Nesta etapa foram selecionados tópicos para
serem trabalhados em sala de aula com os alunos.
Após estarem concluídas as atividades, achou-se viável uma
alteração no ambiente gráfico, ambiente esse para o aluno, ou
seja, uma mudança na comunicação entre o aluno e o Robô,
utilizando uma ferramenta do ambiente Arduino chamada
ArduBlock (Figura 4), essa ferramenta possibilita a
programação em blocos, visando assim facilitar a programação,
o aluno só precisaria arrastar um bloco e já mandava um
comando ao robô para andar em frente por exemplo.
Como terceira etapa, foi previsto aplicação das atividades
previamente desenvolvidas na segunda etapa. Também o
desenvolvimento de tutoriais completo das atividades, para
assim disponibilizar as informações adquiridas. Foram
desenvolvidos dois tutoriais na área de geografia e física.
A atividade sobre geografia tratava da utilização do robô para
estudo de coordenadas geográficas. Para tanto foi inserido uma
bússola eletrônica no robô e disponibilizado ao aluno
comandos para controlar o deslocamento (andar para frente,
andar para trás, parar) e orientação (pontos cardeais norte, sul,
leste, oeste).
A outra atividade desenvolvida estava relacionada a conceitos
de movimento e força de física. Foi desenvolvido um tutorial
que apresentava conceitos de força, velocidade, inércia e atrito
e propunha exercícios práticos com o robô de arraste e
deslocamento de objetos. Foram disponibilizados para o aluno
comandos de deslocamento (andar para frente, parar) e controle
de potência dos motores.
Ambos tutoriais foram disponibilizados através do link:
https://drive.google.com/folderview?id=0Bwt2V5pYhKVOMl
ZYSkhUa2p4V0U&usp=sharing
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Durante o início do desenvolvimento do projeto o foco ficou no
aprendizado na área de robótica, no que se diz ao
funcionamento das placas controladoras como também aos
sensores utilizados. Após a aprendizagem dos conhecimentos
básicos de robótica, o próximo passo foi a ambientação ao
ambiente de prgramação Arduino.
Posteriomente, foi necessário também conhecer o robô
utilizado em questão, visto que, os conhecimentos básicos de
Figura 4 – Ferramenta ArduBlock
Com isso em mente, todo o código foi adaptado para esse novo
ambiente, também foram necessárias algumas alterações na
placa controladora do robô, principalmente no que se diz a
ordem dos pinos, também foram retirados e acrescentados
alguns sensores, e assim o código foi, em partes, rearranjado.
Contudo,
foram
enfrentadas
algumas
dificuldades,
principalmente, ao desenvolver certas funções. Observou-se
que devido a ferramenta ArduBlock não ser, ainda, adequada
para desenvolver funções parametrizadas, e também por
possuir certas limitações como impossibilidade de copiar
trechos de códigos, foi decidido cancelar a mudança e retornar
ao ambiente previamente utilizado, o próprio Arduino.
Dessa forma, o robô teve novamente alterações em sua placa
controladora e todo o código passou por revisões para que
fossem corrigidos os erros que essa troca gerou e
semelhantemente as atividades foram revisadas e novamente
testadas e de fato concluídas para serem aplicadas.
Apenas o tutorial de geografia foi aplicado, até o momento,
nomeada Robô no Mapa e apresentado na Figura 5. Para a
aplicação do jogo educacional desenvolvido, inicialmente os
alunos tiveram acesso ao tutorial explicativo dos conceitos de
pontos cardeais e de como se orientar nesses pontos através da
posição do nascer do sol. A partir desse conhecimento prévio,
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explicou-se
se o funcionamento do jogo educacional
desenvolvido, princípios de programação do
d arduino e o
objetivo a ser alcançado com oe exercícios proopostos.
Figura 5 – Atividade Robô no Mapa
O objetivo era bem simples. O robô deveria partir de uma
posição inicial, percorrer uma rota especificada e chegar ao seu
destino final. Para tanto, o aluno deveria inserir a posição que o
robô deveria apontar (norte, sul, leste, oeste, nordeste, sudeste,
noroeste e sudoeste) e fazê-lo
lo andar através do comando
“andarFrente()”, repetindo essas duas etapas até que o objetivo
fosse alcançado.
A atividade foi avaliada através de questionários aplicados
após a realização das mesmas. De acordo com essa avaliação,
63% dos alunos consideraram que é possível aprender a partir
de jogos educacionais. Por outro lado, 40% dos alunos
responderam que
ue o uso de jogos educacionais não é frequente,
ou seja, poucos utilizam.
Em relação à validade da robótica como uma ferramenta
educacional, 73% dos alunos avaliaram como muito válido. Ao
mesmo tempo, 44% dos alunos afirmaram que o jogo Robô no
Mapa é motivador
vador para o estudo de geografia no estado de
Goiás.
Quanto a aprendizagem adquirida com o robô em relação à
geografia do estado de Goiás e aos pontos cardeais, a maioria
dos alunos (54%) respondeu que a aprendizagem foi mediana
em relação à geografia do estado
stado de Goiás. Já em relação à
aprendizagem obtida sobre pontos cardeais, 47% dos alunos
consideraram a aprendizagem mediana enquanto que 37%
afirmaram que aprenderam muito com o jogo.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
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http://arduin
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CINTED
V.
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http://www.ecsbdefesa.com.br/arq/Art
www.ecsbdefesa.com.br/arq/Art785.html. Acesso
em: jul. 2014.
Por fim, quando perguntado aos alunos para descreverem o que
foi aprendido
dido com o jogo Robô no Mapa, a maioria das
respostas foi relacionada ao aprendizado de: (1) pontos
cardeais e como utilizá-los
los para localizar-se
localizar
no espaço
geográfico; (2) localização geográfica das cidades no estado de
Goiás; e (3) obtenção de noções de programação.
rogramação.
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CONCLUSÕES
Através destes resultados percebe-se
se que robótica é uma nova e
poderosa ferramenta que pode e deve ser aproveitada para o
ensino nos dias de hoje. Assim como a informática foi aos
poucos sendo adotada e integrada às escolas e atualmente
atualme
é
largamente utilizada para o ensino, novas ferramentas
educacionais devem ser buscadas como forma de aproximar o
aluno das novas tecnologias.
Mostra Nacional de Robótica (MNR)