Robótica para o Ensino de Física na Educação não formal

## Robótica para o Ensino de Física na Educação não formal

## Nathaly Barboza de Brito , Simone Pinheiro Pinto 1 2 Monica Dahmouche³, Victor Hugo Ferreira da Silva , Messias Caldeira Rosa Dutra 4 5

1 CEFET/RJ- Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca /Museu Ciência e Vida- Fundação CECIERJ, nathaly.barboza@gmail.com

- 2 Museu Ciência e Vida- Fundação CECIERJ, simonepinto@yahoo.com.br
- ³ Museu Ciência e Vida- Fundação CECIERJ, monicacecierj@gmail.com

4 Universidade do Grande Rio - Museu Ciência e Vida, victorhfsilva@hotmail.com

5 Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Museu Ciência e Vida, messiascrd@hotmail.com

## Resumo

Vivemos em uma sociedade em que a informação se torna mais acessível a cada dia. Notícias acerca do trabalho científico e novas 'descobertas' são veiculadas diariamente através dos meios de comunicação, fazendo com que a população se aproprie de informações que ficavam obscuras no passado. No entanto, o trabalho científico é divulgado frequentemente como um trabalho realizado por gênios isolados. O objetivo deste trabalho é relatar a experiência realizada no Museu Ciência e Vida, um espaço de educação não formal voltado à popularização e divulgação da Ciência, com as oficinas de robótica oferecidas ao público escolar. As oficinas, por sua vez, têm por objetivo levar o estudante a uma reflexão acerca da relação entre o trabalho científico e seu cotidiano, aproximando-o da tecnologia e da produção do conhecimento científico, buscando levá-lo a uma apropriação do mesmo. Além disso, a oficina visa levar ao estudante uma temática relacionada à Física abordada em sala de aula de uma maneira lúdica, interativa e voltada para o uso racional da tecnologia, através da montagem de modelos robóticos programáveis e capazes de se mover através de sensores, que facilitam a compreensão de temas físicos como equilíbrio dos corpos, reflexão da luz, ondas mecânicas e eletromagnéticas, por exemplo.

Palavras-chave : Robótica, Museu, Ciência, Física.

## Introdução

Os museus e centros de ciências apresentam atualmente um papel importante no processo de divulgação científica à população. Nessa empreitada, de levar a ciência aos mais diversos públicos e com os mais diversos níveis de conhecimento científico, novas estratégias podem surgir como aliadas neste processo. Desta forma, uma abordagem lúdica e dinâmica pode levar àqueles que visitam estes espaços a compreender aspectos pertinentes a uma cultura científica que podem estar relacionados ao seu cotidiano, apropriando-se de um saber que até então poderia parecer distante e fora da sua realidade.

Apropriar-se do conhecimento científico, torna-se de grande importância social, de modo que a Ciência se faz presente em nosso cotidiano e pode estar

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26 a 30 de janeiro de 2015

contida no processo de tomada de decisões que influenciam a sociedade. Assim, é essencial que, muito além de compreender aspectos teóricos relativos às ciências, o indivíduo seja capaz de articular tais informações com fatos corriqueiros. No entanto, é necessário levar ao indivíduo uma visão contextualizada do conhecimento científico.

Para Gil Pérez et. al. (2001), a visão que transmite uma imagem descontextualizada e socialmente neutra da ciência é uma das visões deformadas que impedem uma concepção adequada do trabalho científico. De acordo com os autores, esquecem-se as complexas relações entre ciência, tecnologia e sociedade (CTS) e proporciona-se uma imagem dos cientistas como pessoas 'acima do bem e do mal'. Outro aspecto ressaltado pelos autores e que impede uma concepção adequada da construção do conhecimento científico é a visão individualista e elitista da Ciência, concepção esta, que apresenta os conhecimentos científicos como obras de gênios isolados, alheios à sociedade e com um intelecto superior, distanciando, portanto, a ciência da população.

Neste sentido, Shamos (1995) ressalta que para se alcançar uma compreensão adequada da Ciência é fundamental que se implementem programas de educação formal e não formal capazes de contribuir para a formação de cidadãos críticos, que levem em consideração a ciência como parte da cultura e que sejam capazes de questionar informações veiculadas por meios de comunicação e interagindo, portanto, com o mundo ao seu redor.

Cazelli et. al. (2003), ao discutirem a alfabetização científica, citam que a Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico (OCDE) e seu Programa Internacional de Avaliação de Estudantes (PISA) compreendem que uma população alfabetizada requer uma população adulta que seja capaz de não apenas de ler e escrever, mas que seja alfabetizada matemática, científica e tecnologicamente, deste modo, serão desenvolvidos cidadãos menos dependentes uns dos outros, fazendo com que os processos democráticos, os valores sociais e as oportunidades não continuem sendo privilégio apenas das elites cultas.

Os Museus e Centros de Ciências têm se tornado um veículo de grande importância no desenvolvimento de atividades para a popularização científica. Segundo CAZELLI et al (2002), a educação em ciências nos dias de hoje não pode mais se ater ao contexto estritamente escolar. Esta afirmação, cada vez mais presente entre educadores em ciências, enfatiza o papel de espaços de educação não formal, como museus de ciência e tecnologia, para a alfabetização científica do indivíduo. O uso da tecnologia nesses ambientes contribui significativamente para uma maior interação com o visitante, possibilitando a aproximação de temas científico-tecnológicos atuais, muitas vezes despertando um interesse pela ciência.

Com o objetivo de divulgar a Ciência e levar uma temática relacionada à Ciência e à Tecnologia aos mais diversos públicos, especialmente da Baixada Fluminense, o Museu Ciência e Vida implementa desde o ano de 2013 oficinas de robótica voltadas ao público jovem e infantil.

## Sobre o Museu Ciência e Vida

- O Museu Ciência e Vida é um empreendimento da Fundação Cecierj (Fundação Centro de Ciências e Educação Superior a Distância do Estado do Rio de Janeiro) em parceria com a Secretaria de Ciência e Tecnologia do Estado do Rio de

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Janeiro e apoio da Faperj. Encontra-se em atividade desde julho de 2010, tendo como objetivo popularizar e difundir a cultura, a ciência e a arte. Através das exposições temporárias montadas em seu espaço, o museu busca proporcionar ao visitante uma experiência diferenciada, que o leve a compreender a Ciência como parte integrante do seu cotidiano e da sociedade a qual ele está inserido.

Situado do centro de Duque de Caxias, município do estado do Rio de Janeiro, o Museu Ciência e Vida atende a demanda dos municípios vizinhos da Baixada Fluminense, da cidade do Rio de Janeiro e de diversas outras localidades. Funcionando de terça a domingo, o museu atende ao público escolar, através de agendamentos, além do público espontâneo.

Com o intuito de potencializar a experiência vivida pelo público escolar e espontâneo que visita o espaço, o Museu Ciência e Vida conta com uma equipe de aproximadamente 35 mediadores. Estes mediadores são capacitados para levar o visitante a uma reflexão sobre a Ciência através dos aparatos presentes nas exposições, do diálogo e das descobertas, trocando experiências e construindo saberes.

Atualmente, a instituição oferece gratuitamente várias atividades culturais, artísticas e educativas, além das exposições: oficinas para professores, programas de atendimento diferenciado para grupos, oficinas de robótica, atividades lúdicas educacionais, cineclube, palestras e seminários, além de sessões de planetário.

## Robótica Educacional

Fundamentada nos conceitos defendidos pela teoria construcionista, a Robótica Educacional propõe que o estudante esteja imerso em um ambiente de construção e descoberta através das próprias criações.

Simões et. al (2003, apud GOMES et al, 2008) apresentam alguma vantagens no uso da robótica com finalidades educativas:

- · Transforma a aprendizagem em algo motivante, tornando bastante acessível os princípios de Ciência e Tecnologia aos alunos;
- · Permite testar em um equipamento físico o que os estudantes aprenderam utilizando programas modelos que simulam o mundo real;
- · Ajuda à superação de limitações de comunicação, fazendo com que o aluno verbalize seus conhecimentos e suas experiências e desenvolva sua capacidade de argumentar e conta-argumentar;
- · Desenvolve o raciocínio e a lógica na construção de algoritmos e programas para controle de mecanismos;
- · Favorece a interdisciplinaridade, promovendo a integração de conceitos de áreas como: matemática, física, eletrônica, mecânica e arquitetura

O uso da tecnologia na educação tem sido apontada como uma forte ferramenta no processo de ensino-aprendizagem, como por exemplo, a utilização de simuladores em diversas experiências de Física e Química, decorrente do desenvolvimento da internet, da globalização de informações, jogos educativos que

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proporcionam uma dinâmica diferenciada nesse processo educacional. No que diz respeito à robótica educacional, Zilli (2004, p.77) aponta que:

É um recurso tecnológico bastante interessante e rico no processo de ensino-aprendizagem, ela contempla o desenvolvimento pleno do aluno, pois propicia uma atividade dinâmica, permitindo a construção cultural e, enquanto cidadão tornando-o autônomo, independente e responsável.

## Sobre a oficina de Robótica

As oficinas de robóticas realizadas no Museu Ciência e Vida fazem parte de um projeto financiado pela FAPERJ (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro) e têm o objetivo de atender o público da Educação Infantil e do Ensino Fundamental I, visando atender uma lacuna existente nos museus e centros de Ciência com relação a este público. No entanto, com o decorrer das atividades, decidimos ampliá-las passando a atender também o público referente ao Ensino Fundamental II e Ensino Médio. Neste trabalho, entretanto, discorreremos acerca das oficinas voltadas ao público do Ensino Médio, por sua temática relacionada ao Ensino de Física.

Para a realização da oficina, são utilizados kits de robótica LEGO Mindstorms NXT, lançados em 2006 e voltados para a educação tecnológica. De acordo com a Edacom (2002), representante que comercializa a linha LEGO Mindstorms no Brasil, o conceito apresentado nos kits de robótica é de que o estudante possa construir seu próprio conhecimento, através de recursos tecnológicos, dando a oportunidade aos mesmos de explorar seus robôs e seus sistemas robóticos (Zilli, 2004).

Componentes dos Kits utilizados nas oficinas:

- - Microcontrolador NXT: É responsável por armazenar a programação e enviar os comandos aos motores e aos quatro sensores que podem ser conectados em suas portas. A conexão com o PC pode ser feita através de um cabo USB, incluso no kit, ou através de interface bluetooth. (1 peça por kit)

Figura 01 : Microcontrolador NXT

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- -Motores: São as peças responsáveis por executar os movimentos, obedecendo aos comandos previamente programados e contidos no microcontrolador, realizando assim, as funções desejadas, tais como, andar para frente, para trás, fazer curva para direita e para a esquerda ou parar. (2 peças por kit)

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Figura 02: Motor

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- - Sensores: São as peças que recebem os estímulos externos do ambiente e, de acordo com a programação, fazem com que os motores realizem as funções previamente estabelecidas. Os sensores estão divididos em: sensor de contato (2 peças por kit), sensor de luz e cor (1 peça por kit) e sensor de ultrassom (1 peça por kit).

Figura 03: Sensores (da esquerda para a direita: Sensor de contato, ultra-som e sensor de luz e cor)

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- - Peças de montagem: São pequenas peças de diferentes formatos, capazes de encaixar entre si, dando forma à construção do modelo robótico planejado pelo estudante.

Figura 04: Peças de montagem

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- - Ambiente de programação: O ambiente de programação apresentado pelo kit de robótica LEGO Mindstorms NXT, possui uma interface com representações pictóricas que podem ser sequenciadas para realizar um comando. Esta forma de programação, no estilo 'clica e arrasta', facilita o manuseio de estudantes que nunca tiveram contato com outras linguagens de programação.

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Figura 05: Ambiente de programação

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Durante a realização da atividade, perspectivas construtivistas podem ser evidenciadas na preocupação com o uso dos recursos tecnológico sem automatizar a oficina, dando liberdade às ações e interações dos indivíduos com o meio. A robótica, por se tratar de um assunto tão presente na sociedade contemporânea, se torna um mecanismo interessante para mesclar com temas do currículo do ensino da física, abordando seus conceitos de forma contextualizada, atraente e lúdica.

A oficina se desenrola através de uma discussão acerca da utilização da tecnologia em nosso cotidiano. Os estudantes são levados a refletir sobre a origem da robótica e sua relação com temas históricos importantes, como a Revolução Industrial, por exemplo, fazendo com que o aluno perceba que a tecnologia que temos hoje é fruto de um complexo processo de construção do conhecimento e permeado por fatos sociais importantes, ou seja, que a ciência é parte integrante da sociedade.

Após a discussão os estudantes são divididos em grupo e, através de um trabalho colaborativo, convidados a montar um modelo robótico por grupo. Antes que se inicie a tarefa há uma discussão sobre as funções que os estudantes desejam que seus protótipos realizem. Neste ponto, alguns temas de Física são abordados, tais como, noções de equilíbrio dos corpos, funcionamento dos sensores através do processo de reflexão da luz e do som e ondas mecânicas e eletromagnéticas.

-Equilíbrio dos corpos: No processo de montagem do modelo robótico, o estudante deve atentar para as condições de equilíbrio que o mesmo apresenta. Devido à grande massa presente no microcontrolador, o modelo ficará instável caso o estudante não compreenda a maneira adequada de construir sua estrutura de sustentação.

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Figura 06: Modelos construídos pelos estudantes levando em consideração as noções de equilíbrio dos corpos.

- - A óptica dos sensores: A partir do momento em que os estudantes têm a perspectiva das funções que seu modelo robótico deverá exercer (andar, parar, girar, etc.), eles optarão pelo uso dos sensores adequados à função desejada. Neste momento, a temática Física pertinente ao funcionamento poderá ser contextualizada:
- · Sensor de ultrassom: O sensor é capaz de enviar uma onda mecânica que ao ser interrompida por um obstáculo, retorna ao sensor fazendo com que o mecanismo realize a função programada. Seu princípio de funcionamento baseia-se nos sonares utilizados pelos morcegos em seu deslocamento, onde uma onda sonora é enviada e a medida é feita pelo tempo de resposta entre a detecção do obstáculo e o retorno da onda como eco (SILVA, 2013).

Figura 07: modelo de propagação da onda através do sensor de ultra-som

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- · Sensor de luz e cor: Os sensores presentes no kit são do tipo RGB. Eles podem distinguir a intensidade luminosa numa escala entre branco e preto, identificar até seis cores diferentes e podem ser utilizados como lâmpada. Ao utilizar este tipo de sensor, o estudante poderá observar como ocorre o processo de reflexão da luz e o conceito de frequência das cores na faixa do espectro visível.

Figura 08: Modelo construído por estudantes, realizando uma tarefa através do sensor de luz e cor.

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## Considerações Finais

Neste trabalho, buscamos discorrer acerca de uma atividade realizada em um museu de Ciência, com o objetivo de aliar-se à escola e proporcionar uma complementação dos conteúdos físicos trabalhados em sala de aula. Mais do que isso, a Oficina de Robótica realizada no Museu Ciência e Vida propõe-se a relacionar a tecnologia referente à robótica existente atualmente com o cotidiano do aluno, levando-o a uma reflexão sobre temas pertinentes à inserção de novas

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tecnologias em seu cotidiano, fazendo com que o estudante se aproprie dos conhecimentos que permeiam a produção destas tecnologias. Além de promover o desenvolvimento de habilidades e competências e reforçar as potencialidades do trabalho em grupo e a construção coletiva. Desde sua implementação o projeto já atendeu 35 escolas, totalizando um atendimento a 917 alunos.

Através dos trabalhos com as oficinas, pudemos observar que os estudantes são capazes de sentir-se mais próximos da tecnologia e da Ciência à medida que trabalham com ela. Em um museu de Ciência, este tipo de abordagem pode ser de grande importância no processo de divulgação do conhecimento científico, por apresentar uma linguagem acessível a todos os públicos e proporcionar uma experiência prazerosa e enriquecedora.

Apesar das dificuldades, acreditamos que as atividades desenvolvidas estimulam crianças e jovens a fazerem uso da criatividade e a trabalharem em cooperação. As atividades apresentam-se, ainda, como um bom exercício multidisciplinar que envolve conceitos de robótica e a física. O participante é constantemente desafiado, construindo, com isto, conceitos e conhecimentos.

## Referências

CAZELLI, Sibele; MARANDINO, Martha; STUDART, Denise Coelho. Educação e comunicação em museus de ciência: aspectos históricos, pesquisa e Prática. In: GOUVÊA, G.; MARANDINO, M.; LEAL, M. C. (Org.). Educação e Museu: a construção social do caráter educativo dos museus de ciências. Rio de Janeiro: Acces/Faperj, p. 83-106, 2003.

CAZELLI, Sibele et al. Tendências pedagógicas das exposições de um museu de ciência. In Guimarães. In: Guimarães, V.F &amp; Silva, G.A.(org.). Anais. Seminário Internacional de Implantação de Centros e Museus de Ciência. Rio de Janeiro: UFRJ, p. 208-218, 2002.

PÉREZ, Daniel Gil et al. Para uma imagem não deformada do trabalho científico. Ciência &amp; Educação (Bauru), v. 7, n. 2, p. 125-153, 2001.

GOMES, Marcelo Carboni; BARONE, Dante Augusto Couto; OLIVO, Ulisses. Kickrobot: Inclusão digital através da robótica em escolas públicas do rio grande do sul. Anais. Simpósio Brasileiro de Informática na Educação. 2008. p. 410-419.

SHAMOS, Morris Herbert. The myth of scientific literacy. United States: Rutgers University Press, 1995.

Silva, Aparecida. Bezerra. Programação de LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 utilizando MATLAB. Mossoró: Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), 2013. 82p. Monografia, Curso de bacharel em Ciência e Tecnologia. Rio Grande do Norte, 2013.

ZILLI, Silvana do Rocio. A Robótica Educacional no Ensino Fundamental: Perspectivas e Prática. Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), 2004. Dissertação (Mestrado), Engenharia de Produção, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. Santa Catarina, 2004.

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