Potencialidades do Arduino na Aprendizagem por Projetos

## Potencialidades do Arduino na Aprendizagem por Projetos

## Marisa Almeida Cavalcante 1 , Cristiane Rodrigues Caetano Tavolaro , Elio 2 Molisani 2

1 GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC/SP- Departamento de Física /marisac@pucsp.br

2 GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC/SP- Departamento de Física /cris@pucsp.br

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Universidade Federal do Rio Grande do Sul /molisani@hotmail.com

## Resumo

Este trabalho pretende mostrar as potencialidades e os aspectos motivadores que a plataforma Arduino, um microcontrolador de hardware e software livres, pode propiciar para a aplicação da metodologia baseada em projeto para estudantes de diferentes níveis de ensino. Apresentaremos o conjunto de estratégias que foram adotadas durante a aplicação dessa metodologia com estudantes e professores de escolas públicas que participaram do Programa de Iniciação Científica Junior e, também, com estudantes de nível superior do Curso de Ciência da Computação da PUC/SP. O presente trabalho procura também apresentar os processos de concepção, desenvolvimento, acompanhamento e avaliação dos projetos realizados.

Palavras-chave : Arduino, Tecnologias de Informação e Comunicação, Metodologia de Aprendizagem por Projetos

## Introdução

Os avanços tecnológicos propiciaram nos últimos anos, maiores velocidades de processamento aos computadores além de um aumento substancial em suas capacidades de armazenamento de dados. Observou-se também uma redução crescente no seu custo o que permitiu o acesso de uma parcela significativa da população brasileira. Apesar do uso crescente dos computadores pelos alunos e das grandes potencialidades que esta tecnologia pode nos oferecer, o computador é pouco utilizado em atividades específicas nos laboratórios de Ciências em nível fundamental e médio, quer pela falta de informação dos professores dos recursos oferecidos, quer pela dificuldade em adquirir interfaces e softwares de aquisição (Silva e Veit, 2006). Na tentativa de sanar esse último problema, percebe-se uma busca cada vez maior por experimentos voltados para o ensino que incluam o uso de softwares livres no desenvolvimento dos aplicativos e hardware de código aberto no circuito associado (Bezerra Jr. et al., 2009).

Nos últimos anos e mais precisamente a partir de 2005, surgiu uma plataforma de hardware livre, baseado em microprocessador de código aberto , conhecido como Arduino que permite que usuários com pouco domínio de programação consigam efetuar tarefas bastante complicadas. Considerando que se trata de um sistema, tanto em hardware como em software open source que funciona nos sistemas operacionais Windows , Macintosh OSX , e Linux em menos

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20 a 25 de janeiro de 2013

de três anos o Arduino ganhou grande popularidade, principalmente na arte interativa, com uma venda de mais de 50 mil placas. Ele permite que o usuário automatize e controle seus experimentos com certa facilidade, porém, seu uso em educação ainda é pouco explorado.

Ainda assim, quando recursos como esses são utilizados nos laboratórios didáticos, é possível notar que muito de seu potencial deixa de ser explorado. Isso porque, as atividades trabalhadas são extremamente dirigidas, fazendo com que o estudante foque sua atenção exclusivamente na execução da tarefa, deixando de usar sua criatividade no desenvolvimento de outras aplicações com o objeto em estudo.

Um aproveitamento mais significativo dessas ferramentas ocorre quando se trabalha com o desenvolvimento de projetos. Neles, o estudante é 'livre para formular suas próprias questões de investigação, trazendo para a escola os seus reais interesses', tornando-se 'um sujeito disposto a fazer uso de todos os mecanismos que tiver acesso para buscar soluções aos problemas por ele elaborados' (Mattos; Ferrari Jr.; Mattos, 2005).

Para mostrar as potencialidades e os aspectos motivadores que o uso do Arduino pode promover na educação, apresentamos nesse trabalho uma metodologia de aprendizagem baseada por projetos que foi desenvolvida e aplicada junto a estudantes e professores de nível médio de escolas públicas que participam do Programa de Iniciação Científica Junior e em estudantes de nível superior do curso de Ciência da Computação da PUC/SP.

## Justificativa

Atualmente, para se destacar como um bom profissional no mercado de trabalho, não basta apenas dominar os conteúdos gerais e específicos de sua área. Muitas outras habilidades também são necessárias, entre elas, o domínio das ferramentas computacionais, a capacidade de desenvolver trabalhos em grupo, a iniciativa para se manter constantemente atualizado.

- É, portanto, de fundamental importância que a escola possibilite o desenvolvimento dessas habilidades. Mas para isso, são necessárias ações que permitam mudanças no processo educacional, tanto na prática com os educandos como na capacitação dos educadores.
- 'O ritmo das escolas está longe de assimilar as mudanças na mesma velocidade em que ocorrem no mundo à sua volta. Por isso, encontram-se diante da urgente necessidade de promover a alfabetização digital de seus professores e técnicos, requisito indispensável para introduzir as novas tecnologias no ambiente educacional.' (Barbosa; Moura; Barbosa, 2004)

Mattos (2005) ao afirmar que 'ao utilizar a informática como ferramenta pedagógica o professor necessita reestruturar seu planejamento escolar, e adaptar sua prática às novas possibilidades de ensino e aprendizagem' , reforça a ideia de que os professores não devem ser apenas capacitados ao uso de novas metodologias, mas devem sentir necessidade e vontade de incorpora-las em suas práticas pedagógicas.

- O uso das ferramentas tecnológicas, como o computador, não pode ficar limitado ao entretenimento. Para otimizar e ampliar as possibilidades de seu uso, é

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necessário conhecimento sobre os mais diversos tipos de softwares , compreensão sobre o seu funcionamento, sempre da maneira mais prazerosa e instigadora possível.

Este trabalho se justifica por apresentar a proposta de uma prática baseada no desenvolvimento de projetos. Tal inovação é decorrente da utilização de ferramentas computacionais, em especial da plataforma Arduino, que possibilita suprir boa parte das necessidades mencionadas e onde estudante e professor, desafiados por seus próprios questionamentos, seguem unidos na busca pelo conhecimento.

## Fundamentos teóricos

A metodologia baseada em aprendizagem por projetos prevê que o estudante seja ativo no processo educacional e tenha a liberdade para formular os temas de investigação em conjunto com o professor, e não a partir dele. Assim, o professor deve abandonar a postura instrucionista, de transmissor do conhecimento, para vir a ser, segundo Vygotsky, um mediador capaz de fazer com que os estudantes, através da interação com eles e entre eles, sejam capazes de compartilhar e adquirir novos significados.

'As atividades orientadas pela Metodologia de Projetos possuem, ainda, as seguintes características: constituem um objeto de realização concreta; têm algum impacto no ambiente; modificam a relação professor-aluno; baseia-se em uma nova abordagem dos saberes; propiciam uma nova concepção de avaliação; apresentam-se como um desafio para os alunos; e têm uma dimensão coletiva.' (Barbosa; Moura; Barbosa, 2004)

Além disso, 'o desenvolvimento de projetos com um tema gerador, torna o processo mais interessante para aprender os conceitos, pois eles são vivenciados e formalizados não isoladamente, ou seja, integrando as disciplinas' (Schlünzen, 2000).

A inclusão das novas tecnologias de comunicação e informação no âmbito escolar apresenta grande potencial para atingir os objetivos almejados pela metodologia de projetos. De acordo com Ausubel (1980):

'A Educação Auxiliada por Computadores (CAE) mostra-se promissora onde o aluno desempenha um papel proeminente na determinação do ritmo do novo aprendizado. Os erros são corrigidos à medida que ocorrem, e a associação entre conceitos (ou tarefas) subordinados são feitas explicitamente com conceitos ou tarefas mais gerais, mais inclusivas, quando o auxílio impresso e/ou tutelar relacionado está disponível.'

Nessa perspectiva, a informática com todos os seus recursos tecnológicos, dentre eles a internet como fonte de pesquisa e comunicação, além de promover a interação entre as pessoas e a socialização de conceitos, também tem a capacidade de instigar a curiosidade do indivíduo, que segundo Freire (1980) é fundamental:

'Se há uma prática exemplar como negação da experiência formadora é a que dificulta ou inibe a curiosidade do educando e, em consequência, a do educador. (...) O professor que desrespeita a curiosidade do educando, a sua inquietude, a sua linguagem (...) transgride os princípios fundamentalmente éticos de nossa existência.' (Freire, 1996, pp. 31)

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As ferramentas computacionais também podem ser muito úteis para atividades de laboratório, pois permitem uma otimização no processo de coleta e análise de dados que pode ser realizada através da entrada de microfone (Cavalcante, 2002, 2008 e 2009; Magno,2002; Aguiar, 2001; Haag, 2001) ou através da entrada USB por meio de microcontroladores como o Arduino (Bezerra, 2009 ; Vilar, 2007; Souza, 2011 e Cavalcante, 2011). Ainda, segundo Sias (2008):

'Ao realizar uma atividade experimental dividindo tarefas com colegas, é iniciado um processo de compartilhamento de dúvidas, ideias e divergências. O fato de nem sempre todos os membros de um grupo compartilharem dos mesmos significados sobre um determinado assunto propicia momentos em que surgem discussões no grupo. Estas discussões são extremamente positivas para o desenvolvimento cognitivo de cada um. O professor surge, então, como aquele que já detém os significados considerados corretos e que orienta estas discussões de forma que os alunos possam vir a compartilhar dos mesmos. Neste processo o aluno acaba por construir o seu próprio conhecimento, sem ficar na dependência de respostas prontas e rápidas a qualquer questionamento por parte do professor.'

Além de todas as diversidades apresentadas para o uso do computador como instrumento educacional, não se pode esquecer a importância que ele representa mediante a sua grande presença no cotidiano das pessoas e por apresentar uma relação íntima com o processo de desenvolvimento científico.

## Metodologia aplicada junto aos professores e estudantes de ensino médio

A proposta metodológica foi aplicada a professores e estudantes que participam do Programa de Iniciação Científica Junior vinculado à Escola de Ciência e Tecnologia Marcelo Damy da PUC/SP. Esta escola foi criada pelo departamento de Física da PUC/SP e é destinada a estudantes e professores preferencialmente da rede pública e tem como objetivo desenvolver recursos e métodos utilizando os laptops educacionais e/ou PCs como instrumento de aprendizado em laboratórios de Ciências.

Nela, professores e estudantes têm a oportunidade de frequentar o espaço universitário, pois a maioria das atividades são realizadas nos laboratórios de Física da PUC/SP e supervisionadas por professores e pesquisadores da universidade, que também oferecem palestras e oficinas de capacitação.

No primeiro contato, os estudantes e professores são recebidos com uma palestra de boas vindas que tem como objetivo apresentar o espaço físico e a dinâmica da escola. É um momento destinado para questionamentos e integração dos grupos.

As atividades desenvolvidas na Escola Marcelo Damy , são mescladas com 1 oficinas de capacitação e tarefas. Na primeira delas, cada grupo é instruído a criar uma identidade e, em seguida, um blog que servirá de diário para as equipes e divulgação de seus trabalhos. Raramente alguém já teve a oportunidade ou necessidade de construir um blog, como objeto de aprendizagem e nestas oficinas mostramos, como alguns recursos disponíveis na web podem ser uteis, tanto para a

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produção de conhecimento quanto para o gerenciamento de projetos. Em alguns casos, os professores e estudantes apesar de possuirem e-mails, desconhecem os vários recursos disponíveis livremente decorrentes da ' Cloud Computing ' ou ' computação nas nuvens,' considerados muito uteis nos dias atuais. Nesse ponto, o papel do professor é aprender a utilizar tais ferramentas junto com os estudantes a fim de gerenciar as postagens e auxiliá-los no uso de uma linguagem adequada.

Na sequência são oferecidas oficinas de capacitação para o uso de sistemas de automação, onde os estudantes e os professores têm o primeiro contato com o microcontrolador Arduino e recebem informações básicas sobre a linguagem de programação C++ necessária para a interação entre o computador e o Arduino.

A surpresa ficou por conta do entusiasmo, acima do esperado, com que os grupos receberam as placas Arduino. O fato de ser uma plataforma com os circuitos abertos e disponíveis em protoboards, não os intimidou e a rapidez com que se adaptaram ao sistema foi surpreendente. Isso permitiu agilidade para a definição dos projetos.

## Metodologia aplicada ao curso de Ciência da Computação da PUC/SP

A principal diferença entre a aplicação dessa metodologia no curso de Ciência da Computação em comparação à da Escola Avançada Marcelo Damy foi a mescla de aulas tradicionais com aulas dedicadas ao desenvolvimento do projeto, já que a Escola Damy compõe uma atividade extracurricular.

Assim, a solução encontrada para se obter o número de aulas necessárias para o projeto foi através da parceria com professores de disciplinas vinculadas ao departamento de Computação, o que propiciou um rico e interessante trabalho interdisciplinar.

- Os grupos tiveram orientação concomitante dos professores do departamento de Computação, permitindo-lhes a vivência de pontos de vista diversificados sobre o mesmo assunto.
- O acompanhamento dos projetos ocorreu através da análise das postagens nos blogs de cada equipe. No entanto, no plano de ensino da disciplina procuramos destinar algumas aulas tanto para orientação quanto para acompanhamento de projetos. Este planejamento procurou garantir que:
- · Os grupos pudessem 'defender seus projetos e ideias' numa apresentação inicial.
- · Uma oficina de Arduino fosse realizada, de modo que os projetos em desenvolvimento fossem acompanhados da orientação tanto da professora da disciplina (Física Experimental II), quanto de professores do departamento de Computação. Estes últimos puderam ajudar os estudantes em suas dúvidas referentes à programação desenvolvida. Em alguns projetos os alunos criaram interfaces em Java e/ou Flash e necessitaram de orientação técnica mais especializada.
- · Os grupos apresentassem os resultados parciais para os demais alunos da turma e para professores orientadores (Física e Ciência da Computação).
- · Os grupos, ao final do semestre, apresentassem seus projetos já em funcionamento, em sessão de comunicação oral. Para esta apresentação final

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os estudantes entregaram com antecedência os seus artigos e posteres desenvolvidos referentes aos seus projetos. Este material foi analisado previamente tanto pela professora da disciplina, quanto por professores do departamento de Ciência da Computação.

Tabela 2: Descrição do tema e endereço do blog criado pela equipe (turma de 2011).

## Considerações finais e conclusão

- O uso das tecnologias de informação e comunicação atreladas a metodologia baseada no desenvolvimento de projetos se apresenta como uma proposta educacional muito promissora tanto no que diz respeito ao desenvolvimento cognitivo do estudante, quanto às necessidades e exigências que o mercado de trabalho.

Portanto, torna-se necessário uma mudança de estratégia adotada, não somente pelo professor, mas também pela instituição de ensino. Para isso, é necessário interesse e muita dedicação. Obviamente, não estamos propondo que haja uma mudança radical na estrutura curricular, mas sim, maior flexibilidade na grade de modo a contemplar projetos interdisciplinares.

Neste trabalho mostramos que para permitir uma 'convivência' entre sistemas convencionais e praticas pedagógicas mais inovadoras é muito importante que no planejamento da disciplina se reserve algumas aulas para promover um encontro efetivo entre professores de diferentes áreas do saber e os estudantes .

Nesta perspectiva surge como uma ferramenta muito promissora o Arduino, que possibilita numa plataforma de hardware e software open-source desenvolver projetos com características multidisciplinares e diretamente aplicados no cotidiano dos estudantes, tornando o ensino e aprendizagem de ciência e tecnologia muito atraente e desafiador.

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