USO DA ROBÓTICA COMO METODOLOGIA ALTERNATIVA PARA O ENSINO DE FÍSICA.

## USO DA ROBÓTICA COMO METODOLOGIA ALTERNATIVA PARA O ENSINO DE FÍSICA.

## USE OF ROBOTICS AS AN ALTERNATIVE METHODOLOGY FOR FOR PHYSICS TEACHING.

## Deymes Silva Aguiar 1 , Lucas Izidio de Sousa Sampaio , Bruno Pires Sombra , 2 3 Wilton Bezerra de Fraga 4

- 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí/Física, deymes@ifpi.edu.br
- 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí/Física, lucasizidio@ifpi.edu.br
- 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí/Física, brunosombra@ifpi.edu.br

## Resumo

A dificuldade na implementação de uma metodologia satisfatória para o ensino de física nas escolas sempre esteve associada à capacidade de abstração dos alunos. Para que a aprendizagem possa ser significativa, o conteúdo abordado pelo professor deve ser incorporado às estruturas de conhecimento do aluno. Somente dessa forma, o novo conteúdo passa a ter significado, a partir de seu saber prévio, e a aprendizagem deixa de deixa de ser mecânica ou repetitiva. O presente trabalho relata as atividades desenvolvidas em um projeto de robótica educacional, proposto como uma metodologia alternativa para o ensino de física, em turmas de ensino técnico integrado ao médio, dos cursos de desenvolvimento de software, edificações e eletrotécnica, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí - IFPI Campus Parnaíba. O projeto foi dividido em duas etapas, na primeira um curso básico de robótica foi ministrado aos alunos. Neste curso foram apresentadas noções de eletrônica básica, e programação, através da utilização da plataforma Open Source Arduino. Na segunda etapa, os alunos foram divididos em equipes e iniciaram, cada uma, a construção de um robô. Para tanto, foi usado como parâmetro a etapa estadual da Olimpíada Brasileira de Robótica - OBR, do ano de 2015. A idéia principal foi criar um robô seguidor de linha e que pudesse realizar de forma autônoma o desvio de obstáculos. A aplicação do projeto permitiu aos alunos, associar seus conhecimentos prévios em física e em outras disciplinas, bem como os saberes relacionados às suas demais experiências cotidianas, e direcioná-los para a resolução dos problemas apresentados na montagem e funcionamento do robô.

Palavras-chave : Robótica; Arduino; Laboratório; Ensino - Aprendizagem

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## Abstract

The difficulty in implementing a satisfactory methodology for physics teaching in schools has always been associated with abstraction capacity of students. So that learning can be significant, the content covered by the teacher should be incorporated into the student's knowledge structures. Only in this way, the new content is replaced meaning, from your previous knowledge, and learning ceases to be mechanical or repetitive. This paper reports the activities in an educational robotics project, proposed as an alternative methodology for physics teaching in technical education integrated into the middle classes, of the software development, buildings and electrical engineering courses, in Federal Institute of Education, Science and Technology of Piauí - IFPI Campus Parnaiba. The project was divided into two stages, in the first, basic course in robotics was given to students. In this course basic electronics concepts were presented, and programming through the use of Open Source Arduino platform. In the second stage, the students were divided into teams and began, each, building a robot. Thus, it was used as a parameter the state stage of the Brazilian Olympiad of robotics - OBR, in the year 2015. The main idea was to create a line follower robot that could perform autonomously and overcome obstacles. The implementation of the project allowed students to associate their previous knowledge in physics and other disciplines, as well as knowledge related to their other everyday experiences, and direct them to the problems presented in the assembly and operation of the robot, helping to spark their interest in science.

Keywords : Robotics; Arduino; Laboratory; Teaching - Learning

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## Introdução

A dificuldade na implementação de uma metodologia satisfatória para o ensino de física nas escolas sempre esteve associada à capacidade de abstração dos alunos, e à um currículo escolar predominantemente conteudista. O que pode ser atribuído em parte à utilização de metodologias tradicionais, onde o professor se apresenta como um repetidor do que é mostrado nos livros didáticos, e o aluno um receptor das informações repassadas pelo docente. A partir dessa problemática diversos estudos propõem metodologias alternativas de ensino que buscam facilitar a compreensão, bem como motivar os alunos para o estudo de física (Pires e Veit, 2006; Souza et al., 2011; Silva, 2011).

De acordo com Pelizzari et al ., (2002), para que a aprendizagem possa ser significativa, o conteúdo abordado pelo professor deve ser incorporado às estruturas de conhecimento do aluno. Somente dessa forma, o novo conteúdo passa a ter significado a partir de seu saber prévio, e a aprendizagem deixa de deixa de ser mecânica ou repetitiva. O uso de metodologias alternativas possibilita este tipo de aprendizagem. Aulas práticas experimentais e a utilização das tecnologias da informação e comunicação (TIC) têm se mostrado uma importante ferramenta nesse processo (Pires e Veit, 2006; Fonseca et al. , 2013; Carvalho e Amorim, 2014).

Outra forma de se alcançar a aprendizagem significativa é a interdisciplinaridade. Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio - PCN+ (MEC, 2002), a interdisciplinaridade é uma articulação entre áreas que 'envolve uma sintonia de tratamento metodológico que pressupõe a composição do aprendizado de conhecimentos disciplinares com o desenvolvimento de competências gerais' . Desse modo, deve haver uma integração dos conhecimentos específicos de diferentes áreas, voltada para a solução de problemas.

A interdisciplinaridade pode ser abordada a partir do desenvolvimento de projetos voltados para o ensino. Para o aluno, fazer parte de um projeto,

além de consolidar a aprendizagem, contribui para a formação de hábitos e atitudes e para a aquisição de princípios, conceitos ou estratégias que podem ser generalizados para situações alheias à vida escolar. Trabalhar em grupo produz flexibilidade no pensamento do aluno, auxiliando-o no desenvolvimento da autoconfiança necessária para se engajar numa dada atividade, na aceitação do outro, na divisão de trabalho e responsabilidades e na comunicação com os colegas. Fazer parte de uma equipe exercita a autodisciplina e o desenvolvimento de autonomia e auto monitoramento (PCN+, 2002)

A prática experimental deve estar aliada em todo o processo ensinoaprendizagem com a teoria abordada em sala de aula. De acordo com o PCN+, a atividade experimental não pode ser exclusivamente em um laboratório e o aluno seguir um modelo imutável. O professor deve orientar de tal maneira que o aluno construa o conhecimento a partir da curiosidade, da investigação sobre o acontecimento que está presenciando, evitando assim a aquisição do conhecimento cientifico como uma verdade absoluta e inquestionável (MEC, 2002).

Os avanços tecnológicos dos últimos anos possibilitaram ao professor a utilização de novas ferramentas voltadas ao ensino. De difícil acesso em anos

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anteriores, a internet e a utilização de softwares trouxeram para sala de aula simulações de fenômenos antes observados somente em laboratórios bem equipados. Podemos ainda citar como resultado dos avanços tecnológicos: vídeo aulas, experimentos com interface de aquisição de dados e a robótica educacional. Entretanto, a falta de capacitação do professor e/ou a infraestrutura insuficiente, no caso das escolas públicas, ainda são obstáculos à aplicação satisfatória de tais ferramentas em metodologias alternativas de ensino (Medeiros, 2002; Pires e Veit, 2006).

Neste trabalho a robótica educacional foi utilizada como tema para o desenvolvimento de uma metodologia alternativa de ensino de Física. Entende-se por robótica qualquer equipamento eletrônico que é programado para realizar determinadas tarefas, como mover materiais, partes, ferramentas ou dispositivos especializados através de movimentos variáveis programados, podendo ser controlado ou não por seres humanos (Robotics Industries Association - R.I.A).

A robótica educacional possui grande potencial para sua aplicação como ferramenta de ensino, entretanto, a necessidade de importação dos equipamentos necessários (Kits) pode tornar a sua implementação bastante onerosa, além dos problemas relacionados à falta de capacitação do educador e da infraestrutura limitada das escolas, já citados anteriormente. Uma alternativa possível, do ponto de vista financeiro e metodológico, é a utilização da plataforma Open-Source Arduino, composta por hardwares e softwares livres.

A plataforma Arduino, é uma plataforma de prototipagem eletrônica ideal para produção de objetos interativos, aquisição de dados a partir de sensores como: distância, temperatura, luz, som e etc., bem como o monitoramento de sistemas autônomos. Além disso, pode ser utilizada como saída de informações: motores, Leds , sons, displays e outro conjunto de finalidades. De forma bastante sucinta e técnica, Arduino é uma placa de circuito impresso que possui um micro controlador ATmega da atmel, programável via USB em linguagem baseada em C++, com portas de entradas e saídas analógicas e digitais (Figura 1).

Figura 1 - Fonte: http://www.embarcados.com.br/wp-content/uploads/2013/11/13arduino-uno-RESUMO.jpg

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Este trabalho tem como objetivo relatar as atividades desenvolvidas através de um projeto de robótica educacional, no qual foi apresentada uma metodologia alternativa de ensino com foco na interdisciplinaridade, pois assuntos como força peso, força de atrito, movimento retilíneos e curvilíneos, eletricidade entres outros da Física são relacionados com a matemática e a informática por exemplo. Essas atividades foram desenvolvidas em turmas do ensino médio do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí - IFPI Campus Parnaíba e fazem parte de atividades relacionados ao Mestrado Profissional em Ensino de Física pela Sociedade Brasileira de Física (SBF) em parceria com a IFCE e UVA de Sobral-CE.

## Metodologia aplicada e atividades desenvolvidas

A idéia principal do projeto foi que os alunos pudessem, através de materiais de baixo custo, desenvolver um robô seguidor de linha para participação na Olimpíada Brasileira de Robótica - OBR, em sua etapa regional. Isso permitiria que os alunos além de compreender e relacionar de forma prática os conteúdos vistos em sala de aula, também aplicasse seu conhecimento prévio, adquirido tanto de suas experiências anteriores, quanto nas salas de aula dos diversos cursos do campus. Participou do projeto alunos do ensino técnico integrado ao médio dos cursos de eletrotécnica, desenvolvimento de software e edificações, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí - IFPI Campus Parnaíba.

A aplicação do projeto foi feita através de um curso de introdução à robótica, onde foram ministradas aulas voltadas para descrever o funcionamento da placa Arduino Uno, a linguagem de programação utilizada em sua configuração, e fornecer noções de eletrônica básica aos alunos. O curso foi divulgado na comunidade escolar e uma seleção para os alunos interessados foi realizada.

Nas aulas iniciais foi proposto aos alunos que formassem equipes, e desenvolvessem projetos simples para a utilização da placa Arduino, através do uso de componentes eletrônicos de baixo custo, como resistores, LED's , potenciômetros, LDR's, entre outros. Esses pequenos projetos foram de fundamental importância para que os alunos pudessem aplicar os conhecimentos adquiridos nas aulas introdutórias de robótica, como também despertar a autonomia dos mesmos, já que os projetos eram propostos pelo professor sem que houvesse uma receita ou tutorial a se seguir. Ou seja, cada equipe deveria produzir seu próprio projeto desde a montagem até a programação. Esse formato favoreceu também a questão interdisciplinar, apresentada pelo projeto central de robótica educacional, uma vez que as equipes era formado por alunos de cursos distintos, cada um colaborando dentro de sua área de conhecimento específico nas atividades propostas.

Com o término do curso, os alunos partiram para a criação do robô, foi usada como parâmetro a OBR etapa estadual no ano de 2015, a idéia principal era criar um robô que seguisse uma linha preta e que pudesse realizar de forma autônoma o desvio de obstáculo além de uma série de desafios durante o percurso.

Inicialmente os alunos realizaram uma pesquisa sobre os materiais a serem utilizados na construção do robô. A principal fonte de informação foi a internet, pois não haviam títulos específicos voltados para esta finalidade na biblioteca do campus . Foi dada a preferência por materiais de baixo custo, e reutilizados de sucatas

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eletrônicas, para que a continuidade do projeto não fosse comprometida pela eventual falta de recursos. Assim, ficou a cargo de cada equipe buscar os recursos financeiros necessários para o custeio de seus respectivos robôs.

A tabela abaixo descreve a maioria dos componentes utilizados na construção do robô e seus respectivos valores de mercado.

Tabela 1 - Materiais utilizados na construção do robô seguidor de linha.

Com a aquisição dos componentes, cada equipe montou o seu próprio robô (Figura 2). Neste momento o professor não é mais o intermediador do processo, ele agora tem um papel colaborador, já que os alunos já possuem um bom conhecimento e novas idéias, a participação em grupo foi de fundamental importância.

Figura 2 - Um dos robôs montados durante o projeto.

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Durante a construção e programação do robô foram discutidas entre alunos e o professor conceitos como eletricidade, inércia, força peso, centro de massa, rotação, funcionamento de motores elétricos, ondas eletromagnéticas, óptica e movimentos retilíneos e curvilíneos. Assim, a robótica foi uma ferramenta de ensino bem diversificada para o ensino de Física além de despertar a curiosidade e o método científico dos alunos além de promover o trabalho em equipe tornado o aluno um protagonista do processo de aprendizagem.

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## Conclusão

Há muito que fazer para que alcancemos de fato uma aprendizagem significativa nos moldes propostos por Ausubel. O uso da robótica educacional é uma ferramenta importante para essa mudança. Este trabalho mostrou que apesar de diversos problemas que a escola pública ainda tem que enfrentar, a utilização de tecnologias voltadas para a educação pode trazer muitos benefícios aos nossos estudantes, contribuindo de forma relevante para o ensino de Física, e servindo também à interdisciplinaridade, inserindo a relação professor-aluno como protagonista principal dessa inovação no ensino.

## Referências

CARVALHO, Luiz Raimundo Moreira de, e AMORIM, Helio Salim de. Observando as marés atmosféricas: Uma aplicação da placa Arduino com sensores de pressão barométrica e temperatura. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, n. 3, p. 3501,2014.

FONSECA, Monaliza, et al. O laboratório virtual: Uma atividade baseada em experimentos para o ensino de mecânica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 4, 4503 (2013).

MEDEIROS, Alexandre e MEDEIROS, Cleide Farias de. Possibilidades e limitações das simulações computacionais no ensino da física. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 24, n. 2, 2002.

PCN+ Brasil - Ministério da Educação, Secretaria da Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio. PCN+ Brasília, 2001. Disponível em http://cenp.edunet.sp.gov.br/ Ens medio/em pcn.htm, acesso em 20 abr 2016.

PELIZZARI, Adriana, et al. Teoria da aprendizagem significativa segundo Ausubel. Rev. PEC, Curitiba, v.2, n.1, p.37-42, jul. 2001-jul. 2002.

PIRES, Marcelo Antonio e VEIT, Eliane Angela. Tecnologias de Informação e Comunicação para ampliar e motivar o aprendizado de Física no Ensino Médio. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 28, n. 2, p. 241 - 248, 2006.

SILVA, Mauro Costa da. Entendendo o funcionamento dos circuitos elétricos. Física na Escola, v. 12, n. 1, 2011.

SOUZA, Anderson R. de, et al. A placa Arduino: uma opção de baixo custo para experiências de física assistidas pelo PC. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 33, n. 1, p. 1702, 2011.

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