Tecnologias Livres e Ensino de Física: uma Experiência na UTFPR

## TECNOLOGIAS LIVRES E ENSINO DE FÍSICA: UMA EXPERIÊNCIA NA UTFPR

Arandi Ginane Bezerra Jr. 1 , Luiz Ernesto Merkle 2 , E Evandro Sirichuk de Souza 3 Lucas Salomão Spolaore 4 , Rodrigo Ricetti 5 , Gustavo Alberto Giménez -Lugo 6 , Nestor Cortez Saavedra Filho 7

- 1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2- UTFPR , arandi@utfpr.edu.br
- 2
- 3 Universidade Tecnol ógica Federal do Paraná , b4ckinblack@gmail.com
- Universidade Tecnol ógica Federal do Paraná , merkle@utfpr.edu.br
- 4 Universidade Tecnol ógica Federal do Paraná , lucasalomao@uol.com.br
- 5 Universidade Tecnol ógica Federal do Paraná , rodrigo.ricetti@gmail.com
- 6 gustavo@dainf.ct.utfpr.edu.br
- Universidade Tecnológica Federal do Paraná , nestorsf@utfpr.edu.br
- Universidade Tecnológica Federal do Paraná , 7

## Resumo

Descrevemos o o investimento em Tecnologias Livres, especificamente na aquisição e no processamento de dados referentes a experimentos de física básica. Este trabalho faz parte de um projeto realizado na UTFPR em que propomos o estudo, o desenvolvimento, a implementação e o uso de tecnologias livres no ensino de ciências e na divulgação científica, em particular no Ensino de Física, no contexto de laboratório. A pesquisa aqui relatada é programática, embora já apresente diversos resultados concretos, e seu desenvolvimento vem acontecendo em salas e laboratórios didáticos da UTFPR. Nosso intuito é abrir as "caixas pretas" da aquisição e do tratamento de dados experimentais através de produtos que permitam adquirir e interpretar os dados de experimentos de modo a facilitar sua difusão em laboratórios didáticos de física comuns, por meio de hardwares abertos, softwares livres, e conhecimento livre, favorecendo a livre apropriação, a criatividade, e a adequação às realidades locais e regionais. Para isto, é propício explorar tecnologias desenvolvidas para uso didático que mesmo usuários com formações diversas da engenharia e da computação possam entender e modificar para, por exemplo, ligar e desligar LEDs e aparelhos eletrônicos, e fazer a leitura de sensores diversos e a operação de motores. Apresentamos neste trabalho alguns resultados obtidos na exploração das plataformas Arduino e Processing em experimentos associados a um trilho de ar e a um sistema de geração de ondas estacionárias em cordas. Em outra etapa, planejamos amp liar o escopo do projeto para aproveitar e aprofundar programas institucionais já existentes junto aos governos estadual e municipal e criar melhores condições para a formação de professores e estudantes.

Palavras -c -chave: tecnologias livres e ensino de física; laboratório de física , física e interdisciplinaridade .

## INTRODUÇÃO

De acordo com Castro (CASTRO, 2004), há uma distância entre a pesquisa científica e a prática do ensino nas salas de aula. Assim, é possível encontrar currículos e programas bastante atualizados, porém acompanhados de práticas didáticas obsoletas, em desacordo com o processo de fazer e de pensar científicos. Neste contexto, é importante refletir sobre o papel das tecnologias computacionais e suas implicações na educação científica e tecnológica, em particular na educação em Física, e ressaltar a necessidade de fomentar seu emprego consciente, a reflexão crítica e o acesso democrático ao conhecimento a elas associado em diversos níveis de ensino.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

26 a 30 de Janeiro de 2009

No Ensino de Física, muitos trabalhos têm sido publicados abordando o uso de computadores em processos de ensino-aprendizagem, em especial na realização de experimentos didáticos (AGUIAR & LAUDARES, 2001; CAVALCANTE & TAVOLARO, 1997; CAVALCANTE & TAVOLARO, 2000; DIONISIO & MAGNO, 2007; FAGUNDES et al, 1995; MAGNO et al., 2004; MEIRA, 2003). Muitos destes trabalhos buscam realizar sistemas de aquisição de dados de baixo custo, em diferentes níveis de complexidade, tendo em vista a realidade das instituições de ensino no Brasil, onde - quando há laboratórios - dispõe-s-se de poucos recursos, o que inviabiliza a compra de sistemas e de equipamentos destinados a uso didático, que geralmente têm um custo elevado. Vale mencionar que as empresas que fornecem tais equipamentos geralmente oferecem kits desenvolvidos para experiências de laboratório que operam exclusivamente com conjuntos de sensores e softwares fechados. Desta forma, além do alto preço cobrado por tais tecnologias, surge também o problema de se ter que trabalhar com "caixas pretas", cujo funcionamento não se conhece exatamente, e que não permitem modificações livres por parte de educadores e estudantes. Ademais, a grande maioria daqueles projetos levantados na literatura sugerem alternativas de aquisição de dados por meio da porta de jogos ou da porta paralela de computadores do tipo PC, plataforma Intel, cuja difusão junto a sociedade é elevada. Lembramos, entretanto, que as portas de jogos, serial e paralela, tradicionais nas décadas de 1990 e 2000 já foram surplantadas por tecnologias como USB e FireWire nos computadores mais recentes, e devem desaparecer assim que o parque de máquinas atual for descartado ou reciclado. Além disso, é comum que os aplicativos tenham sido desenvolvidos apenas para sistemas operacionais proprietários e em linguagens s de programação como C e C++, e outras tantas que demandam bastante estudo para que um eventual educador (no caso, um professor de Física que não necessariamente tem familiaridade com linguagens de programação) possa realmente compreendê-las e efetivamente apropriar-s-se delas, no caso de desejar fazer ele mesmo modificações nos programas e circuitos.

Considerando o exposto acima, diagnosticamos a existência de um espaço para pesquisas em Ensino de Física e apontamos a relevância do desenvolvimento de experimentos didáticos com Tecnologias Livres, que incluem o software livre no desenvolvimento dos aplicativos, o hardware de código aberto na circuitaria associada, e o acesso aberto, na documentação. Argumentamos que esta pesquisa deva ser norteada por seis princípios:

- 1. o reconhecimento da importância das atividades experimentais e investigativas no processo de ensino-aprendizagem;
- 2. o desenvolvimento de equipamentos e tecnologias que permitam uma fácil implementação em ambientes escolares (como os laboratórios de universidades e escolas públicas);
- 3. o desenvolvimento de equipamentos e tecnologias que possam ser facilmente compreensíveis e modificáveis pelo usuário (tanto o hardware quanto o software);
- 4. o licenciamento livre de tais tecnologias;
- 5. o acesso aberto ao conhecimento associado;
- 6. o desenvolvimento de projetos significativos e de baixo custo viabilizando, inclusive, o reúso de computadores de relativa baixa capacidade de processamento.

No âmbito institucional, a UTFPR já oferta alguns cursos de licenciatura e há projetos de abertura de novos. Uma licenciatura em Física foi recentemente aprovada no Campus Curitiba e o projeto aqui descrito pode ser um elemento

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

diferencial na formação de educadores em Física. No contexto regional, parcerias com os governos estadual, como o Programa de Desenvolvimento da Educação (PDE)E), e municipal, como o Projeto Escola e Universidade (PE&U) , reforçam a importância de tal empreitada. Estas iniciativas têm como objetivo a capacitação e formação continuada dos docentes que lecionam nos níveis de ensino fundamental e médio. São áreas como física, química e matemática para as quais há uma grande demanda de pesquisa em educação. É neste contexto que se insere o presente trabalho: buscar alternativas, inicialmente para o Ensino de Física, quque permitam compreender, implementar e disseminar tecnologias de ensino com suporte computacional que possam ser adaptadas também às demais ciências.

Os professores responsáveis pela iniciativa têm tido a oportunidade de trabalhar juntos em sala de aula, dedesde 2007, em uma disciplina de Oficinas de Integração 1 (M(MERKLE et al , 2008 -a; 2008-b) onde são desenvolvidos projetos interdisciplinares, no curso de Engenharia de Computação do Campus Curitiba da UTFPR. Um dos objetivos desta disciplina é, justamente, a articulação de conhecimentos de computação (software e hardware) que permitam ao aluno também integrar outros conhecimentos obtidos em matérias de formação geral e específica. Uma experiência que tem demonstrado a real possibilidade do desenvolvimento desta linha de pesquisa.

## OBJETIVOS E METAS

Este projeto pretende o estudo, o desenvolvimento, a implementação, o uso e a divulgação de Tecnologias Livres no Ensino de Física, especialmente em atividades de laboratório. A pesquisa aqui relatada ainda é programática, embora já apresente resultados, e seu desenvolvimento vem acontecendo em salas e laboratórios didáticos da UTFPR. Em uma etapa futura esperamos ampliar seu escopo junto aos governos estadual e municipal para aproveitar e aprofundar as estruturas já existentes do PDE E e do PE&U, e criar melhores condições para a formação de professores e estudantes.

Além do objetivo de melhorar as condições de ensino e aprendizado e de contribuir para qualificar projetos que envolvam formação (tanto básica quanto continuada) de professores, cabe destacarmos a importância de se criar condições para a articulação de renovadas frentes de pesquisa na UTFPR, dando prosseguimento aos trabalhos e pesquisas em Ensino de Física que vêm sendo realizados (BEZERRA-J-JR et al., 2007-a; 2007-b, 2008; FLORCZAK, 2007; FREITAS, 2005; 2008; FREITAS et al., 2007) e quiçá auxiliando na consolidação da É ) qçç Licenciatura em Física da UTFPR na pesquisa, no ensino, e na extensão. É notável o potencial desta área na integração de pesquisadores do Departamento de Física com pesquisadores de outros departamentos e grupos, e as possibilidades e perspectivas que se abrem em termos de desenvolvimento institucional.

## MÉTODOS E PROCEDIMENTOS

É importante fomentar no meio acadêmico posturas interdisciplinares no contexto de investigação científica e reflexão crítica. Isto significa utilizar, de fato, o método científico e desenvolver uma postura reflexiva pois, segundo Azevedo (AZEVEDO, 2004): "a aprendizagem de procedimentos e atitudes se torna, dentro do processo de aprendizagem, tão importante quanto a aprendizagem de conceitos e/ou conteúdos". Mas a tecnologia é comumente reduzida às suas dimensões instrumentais, inclusive quando professores e estudantes não conseguem explorá-la como objeto de ensino e aprendizagem (RICARDO et al., 2007). Ora, em geral, nas

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

pesquisas em Física é fundamental o uso de instrumentos de medida e de ferramentas computacionais para que se possa obter e processar dados que, por sua vez, serão usados na construção ou no teste de modelos e teorias.Desta forma, estudantes e professores precisam ter contato, em laboratório didático, com estas ferramentas que fazem, elas mesmas, parte do fazer científico. Na formação básica, tanto no ensino médio quanto no ensino superior, é importante que sejam criadas condições para que todos compreendam, da melhor forma possível e com abrangência e profundidade apropriadas, todos os elementos necessários para que o trabalho científico se desenvolva.

Daí a urgência de se abrirem as "caixas pretas" da aquisiçição e do tratamento de dados experimentais. Por isso, nosso intuito é adquirir e interpretar os dados de modo a facilitar sua difusão em laboratórios de física comuns, em escolas de perfis múltiplos, por meio de hardwares abertos, softwares livres, e conhecimento livre, favorecendo a livre apropriação, a criatividade, e a adequação às realidades locais e regionais. Para isto, é propício explorar tecnologias desenvolvidas para uso didático, que mesmo usuários com formações diversas da engenharia e da computação possam entender e modificar para, por exemplo, ligar e desligar LEDs e aparelhos eletrônicos, e fazer a leitura de sensores diversos e a operação de motores. Paralelamente, estas tecnologias devem facilitar a visualização e a análise de dados bem como outros processos criativos. No nosso caso, e no trabalho aqui descrito, nos aprofundamos na exploração de duas destas plataformas livres, o Arduino (ARDUINO, 2008) e o P Processing (PROCESSING, 2008; REAS & FRY, 2007) .

O Arduino (ARDUINO, 2008) é um projeto de uma plataforma eletrônica baseada em um hardware e um software flexíveis e de fácil aprendizado. Foi inicialmente projetado para artistas, designers e qualquer pessoa interessada em interagir com objetos ou com ambientes. É uma placa microcontrolada que permite fazer a leitura e o controle de sinais analógicos e digitais, facilitando a aquisição de dados de diversos tipos de sensores por meio de circuitos relativamente simples e podendo, de modo similar, também controlar luzes, motores e vários outros tipos de objetos interativos. Seu microcontrolador pode ser programado usando um ambiente dedicado de desenvolvimento -livre -- e seu IDE (ambiente integrado de desenvolvimento) é baseado no de um projeto correlato chamado Processing. Os projetos em Arduino o podem funcionar isolados, com alimentação própria, ou podem estar conectados a outros computadores, e trocar informações com programas desenvolvidos em Processing, PureData, Python, MaxMSP, Flash, e qualquer ambiente e linguagem que ofereça suporte à leitura de dispositivos seriais. Como o hardware do Arduíno é aberto, isto significa que a documentação destas placas está disponível na internet, e consequentemente elas podem ser construídas por qualquer interessado, ou compradas de fabricantes que também liberam suas modificações. Seu software e código fonte é distribuído mediante licenças livres como GPL (IDE), LGPL (bibliotecas), Creative Commons (documentação do hardware), e está disponível para múltiplas plataformas. Dentre as vantagens de se utilizar o A Arduino, destacam-s-se: 1- o hardware é open-s-source e e o software é livre, ou seja, possui seu código-fonte aberto e projetos desenvolvidos com base nele também o devem ser; 2- - ele facilita a comunicação com o computador e o processo de entrada e saída de dados; 3- sua linguagem possui muitos recursos, é fácil e de rápido aprendizado; 4- 4- ele pode utilizar a porta USB, encontrada na maioria dos computadores atuais e futuros, ao contrário das portas seriais, paralelas, de jogos,

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

etc; 5- 5- - roda em múltiplas plataformas (Linux, Mac OSX, Windows); 6- 6- o custo é relativamente baixo.

O Processing (PROCESSING, 2008; REAS & FRY, 2007) é uma linguagem de programação também licenciada como open-s-source e voltada para manipulação gráfica. Também foi desenvolvida no contextos das artes e do design e viabiliza que pessoas que tenham pouca familiaridade com linguagens de programação, e mestrias em outras áreas do conhecimento, possam obter resultados rapidamente. Dentre as vantagens de se utilizar a linguagem Processing, destacam-s-se: 1- - é opensource; 2- facilita a criação de aplicações gráficas; 3- - inclui biblioteca para comunicação com as várias portas de microcomputadores; 4- é de fácil aprendizado, uma vez que foi projetada pra indivíduos que tiveram pouco ou nunca tiveram contato com programação; 5- - roda em múltiplas plataformas. Desta forma, é viável a adequação do programa e a modificação de seu código. Por exemplo, uma tradução de sua IDE facilitaria seu uso na rede de ensino. Basta interesse e disposição para tal. Também, papara fomentar a interação entre Processing e Arduino e ampliar as possibilidades de uso da tecnologia há tutoriais simples e de fácil leitura (ARDUINO, 2008) .

## RESULTADOS ESPERADOS

Como já mencionamos, um dos resultados esperados almeja o interfaceamento de experimentos significativos no ensino-aprendizagem de Física por meio de Tecnologias Livres. Isto implica desenvolver sistemas que devem ser acessíveis inclusive a pessoas com pouco conhecimento na área de informática; devem exigir requisitos de desempenho compatíveis com os computadores disponíveis, estendendo a vida útil mesmo de computadores mais antigos, e devem ter baixo custo. Todos estes requisitos são importantes para que os sistemas possam inspirar e ser úteis a instituições de ensino com recursos limitados. Os produtos esperados envolvem, inicialmente, mecânica, óptica, física moderna e eletromagnetismo. Mas tão importante quanto tal viabilização técnica é a possibilidade de uma apropriação crítica por parte da sociedade, que favoreça a transformaçãção social por meio do conhecimento científico.

## RESULTADOS OBTIDOS

Até o momento, realizamos o interfaceamento de dois sistemas diretamente relacionados ao Ensino de Física: um trilho de ar (MAURI & CHERNIJ, 2008) e um gerador de ondas estacionárias em cordas (SOUZA & SPOLAORE, 2008) . Participaram dos trabalhos estudantes de Engenharia de Computação da UTFPR, que cursaram a disciplina de Oficinas de Integração 1 (MERKLE et al, l, 2008 -a; 2008b). Esta é uma disciplina obrigatória do segundo período do referido curso e estes estudantes geralmente não possuem nem experiência de programação nem conhecimentos de eletrônica. O projeto pedagógico da disciplina visa justamente integrar conhecimentos de outras disciplinas, passadas, presentes e futuras, com o intuito de facilitar uma compreensão abrangente em engenharia de computação. Os projetos foram desenvolvidos no período de um semestre letivo em que os estudantes entraram em contato com as plataformas Arduino e Processing g pela primeira vez. A disciplina tem carga hohorária de três horas semanais e cada grupo contou com a participação de dois estudantes.

No caso do projeto referente ao interfaceamento do trilho de ar, os estudantes desenvolveram um sensor de movimento conectando circuitos envolvendo LEDS e fotodiodos ao ao Arduino o (vide Figuras 1 e 2) de modo que, cada

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

vez que um corpo móvel interrompe a passagem de luz entre o par LED-fotodiodo, é lida uma mudança de tensão. Este sinal, que varia no tempo, é usado para iniciar ou parar um contador, o que permite medir intetervalos de tempo. Assim, informações relativas ao movimento podem ser oportunamente enviadas a um computador, onde um ambiente gráfico desenvolvido em Processing g permite sua visualização (MAURI & CHERNIJ, 2008). Este é semelhante aos sistemas canônicos usadados no interfaceamento de diversos experimentos que envolvem cinemática. No caso da experiência aqui descrita, interessa notar que o custo envolvido no aprimoramento do kit mecânico por meio de tecnologias livres - - desde, é claro, que se disponha de um trilho de ar - - é relativamente baixo, uma vez que a placa Arduino o pode ser comprada por cerca de R$80,00 (ou pode ser construida a partir de componentes básicos). Os demais componentes do sensor podem ser adquiridos por menos de R$20,00, caso se queira ter mais pares LED-fotodiodo em posições diferentes, para medidas mais finas. Em princípio, qualquer microcomputador com qualquer tipo de porta (USB, serial, paralela) e independentemente do sistema operacional, pode ser utilizado, mas a placa Arduino o precisa ser compatível. Os aspectos referentes à programação são simples o suficiente para que dois estudantes de graduação, com pouca ou nenhuma experiência inicial neste assunto, sejam capazes de realizar todas as etapas que, ao final de quatro meses de trabalho, implicam no desenvolvimento de um produto passível de ser utilizado em aulas de laboratório que envolvem o trilho de ar. Este sistema está em fase de implementação nos laboratórios didáticos de física da UTFPR.

Figura 1 : Uma das placas Arduino utilizadas s nos projetos aqui descritos.

<!-- image -->

Figura 2: Sistema usado no interfaceamento do trilho de ar, montado em protoboard, dois fotosensores são mostrados acima e a placa Arduino pode ser vista abaixo do protoboard .

<!-- image -->

No caso do sistema para medir a freqüência de ondas estacionárias em cordas, utilizou-s-se um oscilador que foi projetado e construído no Departamento de Física da UTFPR a partir de materiais de baixo custo e fácil manuseio (vide Figura 3). O aparelho consiste em um motor elétrico que faz com que um eixo circular gire com velocidade angular ajustada por um potenciômetro. Presa a este eixo há uma biela acoplada a uma haste, transformando movimento circular em um movimento

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

vertical oscilante. Uma corda ou barbante é acoplada ao sistema a fim de serem geradas ondas estacionárias como nos experimentos clássicos relacionados a este tema. Assim, pode-s-se medir a densidade linear e a tensão a que a corda está submetida e, a partir disto, analisar as ondas transversais. É imperativo, caso queira -se proceder análises quantitativas, e não experimentos meramente qualitativos , medir a freqüência com que a corda está vibrando. Por isso a necessidade de desenvolver um sistema de medição da freqüência.

Figura 3 : Foto do protótipo para medida da freqüência da corda oscilante. Acima, à direita, a haste osciladora conectada ao motor. À esquerda, o circuito e o fotoacoplador montados em um protoboard e conectados ao Arduino (mais abaixo, mostrado apenas parcialmente). Ao centro a corda oscilante. Um fio de cobre dobrado é usado do para sensibilizar o fotoacoplador passando pela região entre o par LED -fotodiodo (na figura, o fio de cobre está fora de alinhamento).

<!-- image -->

O circuito utilizado é composto basicamente por dois LEDs infravermelhos, um emissor e outro fotorreceptor presentes em uma peça única, o fotoacoplador, devidamente polarizados e conectados ao Arduino. A medição da freqüência é feita tendo em conta o número de vezes que a passagem da luz é interrompida pelo fio acoplado ao oscilador mecânico (vide Figura 4) em um determinado período de tempo. As tensões medidas são processadas e as freqüências podem ser obtidas em tempo real. É interessante notar que, para efeito da medida da freqüência, pode -se conectar um visor tipo LCD diretamente ao Arduino o e fazer a leitura sem a necessidade de um microcomputador. No projeto desenvolvido, as informações sobre a tensão mecânica, densidade e comprimento da corda podem ser digitadas e um programa baseado em Processing faz a combinação dos dados, incluindo a freqüência medida pelo Arduino , e apresenta na tela as imagens referentes às ondas estacionárias que estão sendo geradas ( (SOUZA &amp; SPOLAORE, 2008). A versão do Arduino o utilizada, denominada Diecimila, faz uso da porta USB tanto para programação do microcontrolador em C ou C++ como para comunicação com o programa feito em P Processing .

Figura 4 : Destaque do fio de cobre que interrompe a passagem de luz no fotoacoplador (ao centro). O fio de cobre está acoplado ao eixo de oscilação do sistema que produz a vibração da corda (vista na parte de baixo à esquerda).

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Este segundo projeto, comparado a outros sistemas para estudo de ondas estacionárias em cordas, apresenta custo reduzido e boas possibilidades de uso nos laboratórios didáticos . Muitos osciladores de corda oferecidos no mercado são usados para experimentos apenas qualitativos e não possuem um software para analisar os dados obtidos. Na Tabela 1 , são apresentados dados referentes a alguns sistemas disponíveis no mercado de equipamentos para laboratórios de Física , levantados no início de 2008. Nessa tabela , a coluna I I refere -s -se à existência de software ou equipamento que possibilita a visualização em tempo real da onda, incluindo sua freqüência; a coluna II I refere-se à existência de código de software ou "manual de construção" aberto. De acacordo com estas informações, os sistemas mais baratos não permitem a medição da freqüência e, quando esta característica encontra -s -se presente, o preço do sistema é significativamente maior.

Tabela 01: Comparação entre sistemas disponíveis no mercado para geração de ondas estacionárias.

(*) Valor estimado

## DISCUSSÃO

As plataformas Arduino o e Processing permitem, em conjunto, ou de modo isolado, o desenvolvimento de tecnologias apropriadas para interfacear, criar e engenhar experimentos didáticos em laboratórios. Originárias no contexto das artes, seu emprego é de certo modo facilitado pelas preocupações que seus desenvolvedores iniciais tiveram em viabilizar a construção de protótipos em um ambiente gráfico interessante.

Destacamos que, além dos que envolvem mecânica, também estão em andamento projetos envolvendo a óptica, o estudo de ondas sonoras e o eletromagnetismo. Assim, em diversos outros trabalhos da respectiva disciplina de Oficinas de Integração, na UTFPR, estamos explorando aquelas duas plataformas citadas. Em uma primeira etapa, estamos prioririzando o desenvolvimento de projetos relativamente simples que dêem suporte a algumas experiências básicas em Física. O sucesso destes nos permitirá avançarmos na direção de experimentos mais elaborados, tanto em Física quanto em outras áreas.

Atualmente, a UTFPR vive um momento de transição por ser a primeira universidade tecnológica criada no Brasil. Há desafios e possibilidades interessantes na construção desta nova identidade. Uma das ênfases serão os cursos de licenciatura, dentre os quais o curso de LiLicenciatura em Física, recém-aprovado pelos conselhos superiores da universidade. Outra ênfase é a interação da universidade com a comunidade em programas como PDE E e PE&amp;U, já citados, para os quais é muito importante a elaboração de produtos e sistemas que e possam ser adaptados e utilizados no ensino de ciências e na divulgação científica pelos próprios professores participantes, mas em suas escolas de origem. Desta forma, há a necessidade da criação de mais e melhores laboratórios de ensino e de tecnologias para o ensino. O projeto aqui apresentado permite a interação de

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

professores de diversas áreas na tentativa de apontar caminhos de como equipar, pelo menos parcialmente, esses laboratórios. É interessante que, nesse processo, muitos estudantes são envolvidos com pesquisa acadêmica que também apresenta contornos de extensão. Aprende-se ao mesmo tempo em que os projetos são desenvolvidos e implementados. E, tão importante quanto isto, desenvolve-se um espírito de solidariedade acadêmica e estimula-se o despertar de uma consciência moral (BOBBIO, 1996) ) associada à escolha do que e porque pesquisar, e do como e para que(m) fazer pesquisa acadêmica.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

Apresentamos um projeto cujo principal objetivo é o desenvolvimento de sistemas baseados em Tecnologias Livres (Arduino e Processing) g) para o interfaceamento de experimentos no ensino de Física. Demonstramos a possibilidade de criar protótipos facilmente apropriáveis pela comunidade, que apresentam, ao mesmo tempo, versatilidade e qualidade comparáveis a equipamentos semelhantes que são comercializados, mas com um condão para ir além de muitos destes. Esta combinação de características confere a esses sistemas um grande potencial de serem implementados em laboratórios de ensino e projetos de divulgação científica.

## REFERÊNCIAS

AGUIAR, C. E.; LAUDARES, F. Aquisição de dados usando Logo e a porta de jogos do PC. RBEF, v.23, n.4, p. 371-380, 2001.

ARAUJO, I. S.; VEIT, E. A. Uma revisão da literatura sobre estudos relativos a tecnologias computacionais no ensino de Física. Revista Brasileira de Pesquisa Em Educação Em Ciências, v.4, n.3, p. 5-18, 2004.

ARDUINO. A Arduino. Disponível em: &lt;http://www.arduino.cc.&gt; Acesso em: 05 de setembro de 2008.

AZEVEDO, M. C. P. S. Ensino por Investigação: Problematizando as Atividades em Sala de Aula. In: CARVALHO, A. M. P. (org.). E Ensino de Ciências. São Paulo: Thomson, 2004.

BEZERRA -J -JR, A. G.; FREITAS, M. S. T.; RODBARD, M. G.; RICETTI, R.; BUKTA, H. D Demonstrações em Física Experimental com Instrumentos de Baixo Custo. In XVII SNEF, oficina 4. São Luis, 2007-a.

BEZERRA -J -JR, A. G.; FREITAS, M. S. T.; RODBARD, M. G.; RICETTI, R.; BUKTA, H. Ensino de Física através de Kits Experimentais. In X XVII SNEF, Oficina 1. São Luis, 2007 -b.

BEZERRA -J -JR, A. G.; PAUL-JR, E. Z., FREITAS, M. S S. T. Uma abordagem construtivista ao ensino de eletromagnetismo em cursos de engenharia - - - resultados preliminares. In: XI EPEF, Curitiba, 2008 - - trabalho aceito.

BOBBIO, N. Os Intelectuais e o Poder. São Paulo: Editora Unesp, 1996.

CAVALCANTE, M. A.; TAVOLARO, C. R. C. Projete você mesmo experimentos assistidos por computador: construindo sensores e analisando dados.RBEF, v.22 , n.3, p. 421-4-425, 2000.

CASTRO, A. D. Prefácio. In: CARVALHO, A. M. P. (org.). Ensino de Ciências. São Paulo: Thomson, 2004.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

CAVALCANTE, M. A.; TAVOLARO, C. R. C. Estudo do lançamento horizontal utilizando o computador para aquisição e análise de dados. Caderno Catarinense de Ensino de Física, 14, p. 246, 1997.

DIONISIO, G.; MAGNO, W. C. Photogate de baixo custo com a porta de jogos d do PC . RBEF , v.29, n.2, p. 287-293, 2007 .

FAGUNDES, D.; SARTORI, J.; CATUNDA, T.; NUNES, L. A. O. Usando a porta paralela do micro PC. RBEF , v v.17, n.2, p. 196-295, 1995.

FISCH, P.; MICHELOTTI, F.; MERKLE, L. E.; AZEVEDO, H. J. S. Comunidade Yguá de Pesquisa em Software Livre:Perspectivas em Ensino e Extensão. T Tecnologia &amp; Humanismo, Curitiba, v. 20, p. 83, 2006.

FLORCZAK, M. Física 1: disciplina fundamental de um curso de engenharia. In: XXXV COBENGE: Curitiba, 2007.

FREITAS, M. S. T.; BEZERRA-A-JR, A. G.; MIQUELIN, C. A. Um capítulo introdutório à física moderna para um curso superior de tecnologia em radiologia. Trabalho completo publicado. In XVII SNEF, São Luis, 2007.

FREITAS, M. S. T. Resposta do Estudante a Inovações metodológicas, 2007 . Disponível em: &lt;http://www.pessoal.cefetpr.br/msergio/ensino\_fisica\_eletromag.htm&gt; Acesso em: 05 de setembro de 2008.

MAGNO, W. C.; ARAUJO, A. E. P. de; LUCENA, M. A. Realizando experimentos didáticos com o sistema de som de um PC. RBEF, v.26, n.2, p. 117-123, 2004.

MAURI, G.; CHERNIJ, L. Sistema para arrecadar os dados do trilho de ar e desenhar os gráficos no computador. Trabalho de Conclusão da Disciplina de Oficinas de Integração 1 do Curso de Engenharia de Computação, Curitiba: UTFPR, 25 p., 2008.

MEIRA, V. S., Siste ma Programável para Aulas práticas de Física - - SPAF. Mestrado em Ciências da Computação. UFPE, 2003. Disponível em &lt; http://www.bdtd.ufpe.br/tedeSimplificado//tde\_busca/ processaArquivo.php?codArquivo=2779&gt; Acesso em: 01 de outubro de 2008.

MERKLE, L. E.; BEZERRA-A-JR., A. G.; LUGO, G. A. G., Interdisciplinaridade e criticidade na formação em engenharia de computação na UTFPR, T Tecnologia &amp; Humanismo , Curitiba, 2008-a, trabalho completo aceito para publicação.

MERKLE, L. E.; BEZERRA-A-JR., A. G.; LUGO, G. A. G. O Oficinas de Integração 1 .

Disponível em:

&lt; http://www.dainf.ct.utfpr.edu.br/wiki/index.php/Oficinas\_de\_Integra%C3%A7%C3% A3o\_I&gt; Acesso em: 01 de outubro de 2008-b.

PROCESSING. P Processing. Disponível em: &lt;http://www.processing.org&gt; Acesso em: 05 de setembro de e 2008.

REAS, C.; FRY, B., Processing: A Programming Handbook for Visual Designers and Artists. Cambridge: MIT Press, 2007.

RICARDO, E. C.; CUSTODIO, J. F.; REZENDE JR, M. F. A tecnologia como referência dos saberes escolares: perspectivas teóricas e concepções dos professores. RBEF, v.29, n.1, p. 135-147, 2007.

SOUZA, E. S.; SPOLAORE, L. S. U Um sistema para estudo de ondas estacionárias . Trabalho de Conclusão da Disciplina de Oficinas de Integração 1 do Curso de Engenharia de Computação, Curitiba: UTFPR, 26 p., 2008.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

26 a 30 de Janeiro de 2009