PIBID DE FÍSICA: USANDO ROBÓTICA EDUCACIONAL COMO ATRATIVO PARA ENSINO DE FÍSICA NO LICEU PARNAIBANO

## PIBID DE FÍSICA: USANDO ROBÓTICA EDUCACIONAL COMO ATRATIVO PARA ENSINO DE FÍSICA NO LICEU PARNAIBANO

Alberto Senna Dias Neto , Cristiano Pessoa Lages , Rafael Magalhães dos 1 2 Santos 3 , Itamar Vieira de Sousa Júnior 4

1 Instituto Federal do Piauí (IFPI) /Licenciatura em Física/IFPI - Parnaíba, albertosdneto@gmail.com

2 CEEP Liceu Parnaibano/Coordenação/Liceu Parnaibano, arcanjocris@gmail.com

3 Instituto Federal do Piauí (IFPI) /Licenciatura em Física/IFPI - Parnaíba, rafaelmagalhaess014@gmail.com

4 Instituto Federal do Piauí (IFPI)/Licenciatura em Física/ IFPI - Parnaíba, itamar.jr87@gmail.com

## Resumo

O presente trabalho utiliza a temática robótica educacional como plano de fundo para despertar o interesse dos alunos do ensino médio do CEEP Liceu Parnaibano, Parnaíba-PI, sobre os temas relacionados a Ciências da Natureza, Matemática e suas tecnologias. As atividades são desenvolvidas nas instalações da escola por alunos do curso de Licenciatura em Física do IFPI Campus Parnaíba, através do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID). Os trabalhos iniciam-se com a apresentação da Olimpíada Brasileira de Robótica (OBR) que ocorre anualmente em diversas cidades do país. Segue-se com contato com a plataforma de computação física Arduino e desenvolvimento de experimentos simples utilizando-se a ferramenta 'Scratch for Arduino' (S4A) que introduz de maneira lúdica conceitos-chave de programação de computadores através de blocos que o aluno 'arrasta e encaixa' pela tela, evitando a frustração inicial causada pela linguagem de programação C que é usada pela plataforma Arduino. Uma vez que o aluno secundarista assume o compromisso com o projeto, segue-se com o acompanhamento semanal nas disciplinas de Física e Matemática. O acompanhamento com relação à Matemática é feito através da plataforma Khan Academy que contém acervo abundante de vídeo aulas e atividades, além de ferramentas que permitem que o Tutor saiba com precisão a freqüência e temas estudados pelo aluno. O acompanhamento em Física é feito através de monitoria presencial e realização de experimentos utilizando a plataforma Arduino e diversos sensores e atuadores relacionados ao tema de Física abordado na semana. Periodicamente profissionais que atuam em áreas relacionadas à Física ou Ciências da Natureza são convidados à escola para palestrarem sobre suas carreiras e importância dos temas abordados no Ensino Médio de modo a reforçar a relevância dos assuntos trabalhados tanto em sala de aula quanto no projeto.

Palavras-chave : PIBID, Física, Robótica Educacional, Arduino

## Introdução

Atrair a atenção dos alunos para Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias tem se mostrado um desafio imenso que com freqüência não é superado por professores. O ensino de Física tem sido limitado a conteúdos que datam do século XIX, em uma sociedade impregnada de termos e tecnologias que só podem ser entendidas com conhecimentos de Física desenvolvidos a partir do século XX. Esse ponto é apontado por professores e alunos de Física como sendo um dos principais elementos que motivam o desinteresse dos estudantes na matéria (MOREIRA, 2013). O foco do ensino de Física direcionado a provas e vestibulares, tomando como base para as aulas os 'macetes' e 'bizus' para resolução de questões é outro ponto que frustra alunos do 1º ano do Ensino Médio, que

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geralmente não tiveram contato com a disciplina no Ensino Fundamental e alimentam expectativas no sentido de utilizá-la para entender melhor o mundo ao seu redor. Estes alunos, ao iniciarem o Ensino Médio, deparam-se com quase um semestre de estudo de Cinemática, o que para muitos é extremamente frustrante e não responde a maioria de seus questionamentos sobre o mundo e as ferramentas que os cercam (RICARDO e FREIRE, 2007).

Dentro deste contexto, faz-se imprescindível implementar novas ferramentas de ensino que contextualizem os conteúdos apresentados na disciplina de Física e evidenciem a importância da matemática para o bom aproveitamento da matéria.

- A Olimpíada Brasileira de Robótica (OBR) é uma olimpíada científica apoiada pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), e Ministério da Educação em parceria com a Fundação Nacional de Desenvolvimento da Educação (FNDE/MEC), cujo objetivo é, dentre outros, atuar para o desenvolvimento do ensino fundamental e médio (OBR, 2016).

A utilização de robótica como plano de fundo para ensino de ciências tem se mostrado extremamente eficiente no sentido de despertar o interesse dos estudantes, uma vez que os mesmos são estimulados a interagir com os experimentos e conseguem, com facilidade, relacioná-los a dispositivos presentes em seu cotidiano. Algumas ações já foram feitas no sentido de utilizar a robótica na rede pública de ensino na cidade de Parnaíba (SOUZA e DUARTE, 2014).

## Metodologia

As atividades são desenvolvidas através da apresentação de conteúdo que é feita por professores, alunos do PIBID de Física, instrutores convidados ou pelos próprios alunos do ensino médio, uma vez constatado seu preparo para tal. O trabalho teórico deve ser seguido de imediata implementação das técnicas e ferramentas apresentadas pelo professor, bem como da execução de pesquisas e projetos por parte dos alunos de modo que eles desenvolvam uma postura ativa em relação aos conteúdos apresentados.

Uma vez que os alunos adquiram os conhecimentos básicos com relação às tecnologias necessárias para a participação na OBR, eles serão desafiados a desenvolver seus robôs para a referida Olimpíada, bem como instigados a propor problemas e soluções envolvendo os assuntos discutidos no laboratório, tais como automação de tarefas repetitivas, como irrigação de jardim, campainha sinalizando término de horário na escola, monitoramento de temperatura ambiente, etc.

## Abordagem dos conteúdos de Física

Dentre os diversos conteúdos que podem ser estudados utilizando esta abordagem, neste primeiro momento, foram estudados os conteúdos de Cinemática, Eletricidade e Ondulatória.

Para o estudo da cinemática, tomou-se como referência o trabalho de Alimisis e Boulougaris (2014), onde se utiliza a plataforma LEGO Mindstorms® para o estudo do movimento de carros construídos pelos alunos. O problema apresentado para os alunos foi a própria OBR, sendo as questões introduzidas por instrutores durante a produção dos robôs. Os alunos foram desafiados a encontrar a velocidade média do robô para diversos valores de PWM enviados para os mesmos

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e, desta forma, prever a posição do robô em certo momento para que ele pudesse fazer o desvio do obstáculo. Nesta etapa notou-se que a utilização de um encoder nas rodas seria útil para comparação das previsões dos alunos com um sistema de odometria embutido no robô.

As dificuldades para montagem dos carros com a plataforma Arduino se deram pela falta de material e limitação de recursos, o que resultou em gasto excessivo de tempo para que a atividade pudesse ser efetivamente implementada. A falta de ferramenta de fácil utilização e gratuita para coleta de dados e geração e análise de gráficos de MUV e MRUV foi outro limitador encontrado pelos instrutores e alunos.

No que tange à Ondulatória, o fenômeno que foi estudado foi a reflexão, tendo como base o funcionamento de um sensor ultrassônico. Antes de utilizar o sensor para localizar os obstáculos os alunos foram desafiados a entender seu funcionamento, pesquisar o valor médio da velocidade do som no ar e responder exercícios relacionados. Desta forma o funcionamento do sensor foi 'desmistificado', causando nos alunos maior segurança na sua utilização.

A eletricidade foi abordada nas primeiras etapas do processo, quando circuitos simples foram montados com LED, bateria e resistor. Diversos resistores foram testados e os alunos tiveram que montar tabelas com valores de tensão e resistência de modo que a Lei de Ohm pudesse ser entendida com mais clareza. Nesta etapa os alunos foram induzidos a provocar curto-circuito de modo a danificar permanentemente alguns LEDs. Só após este momento eles foram apresentados à placa Arduino, ciente dos danos que podem ser causados pelo mau dimensionamento de um circuito. Mesmo com este cuidado, alguns sensores e placas foram perdidos durante a montagem de projetos mais complexos (Acionamento de motores com Ponte H), o que serviu para reforçar a ideia de curtocircuito e aumentar o cuidado dos alunos com os equipamentos.

Durante o acompanhamento de Física notou-se a necessidade de se fazer um paralelo com o livro texto utilizado pela escola, uma vez que os alunos ficam tão envolvidos com a produção do robô que passam a trabalhar por tentativa e erro e deixam de utilizar o conteúdo de Física apresentado como referência. É imprescindível o acompanhamento do instrutor no sentido de evitar que o aluno trabalhe por tentativa e erro e siga uma abordagem científica coerente, coletando e analisando os dados de maneira organizada. Esta postura incentiva o aluno a valorizar o conteúdo e a trazer seus questionamentos para os instrutores, assim como estimula seu interesse em realizar e propor experimentos relativos ao conteúdo antes trabalhado meramente de forma expositiva.

## Matemática - Khan Academy

O acompanhamento das atividades de Matemática, feito através da plataforma Khan Academy (KHAN, 2011), é registrado e exposto no laboratório de modo que os alunos, professores e colaboradores possam verificar a evolução dos envolvidos e prestigiar aqueles que se sobressaem nas tarefas. A escolha desta plataforma foi feita em decorrência da praticidade, pois o conteúdo de matemática do Ensino Médio já está todo disponível em vídeo aulas e texto, além das ferramentas para acompanhamento do Tutor, como pode ser visto na Figura 1.

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Figura 01: Acompanhamento através do Khan Academy

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Outro fator crucial para a escolha desta ferramenta é a gamificação do conteúdo de matemática. Esse processo é executado associando a resolução de exercícios com pontos que quando ganhos liberam determinados recursos na plataforma.

## Programação

Nesta parte do trabalho, alunos das três séries do ensino médio são desafiados a resolver os problemas sugeridos na primeira parte através da criação e interpretação de algoritmo utilizando um pseudocódigo. O ensino de programação para os alunos foi iniciado com o Scratch, plataforma criada pelo MIT Media Lab (LIFELONG KINDERGARTEN, 2016) que utiliza blocos que representam os diversos comandos. As soluções encontradas para os problemas, tais como mudança de direção do robô são apresentadas na tela através de personagens disponíveis no próprio Scratch que são manipulados pelo código gerado pelos alunos. Depois de introduzidos os conceitos iniciais de programação com o Scratch, passou-se a utilizar o Scratch for Arduino (S4A) (EDUTEC RESEARCH GROUP, 2016) para projetos introdutórios com esta plataforma.

Esta experiência 'suavizou' as frustrações decorrentes do primeiro contato com programação e elevou a inclinação da curva de aprendizado, uma vez que os estudantes em poucos minutos foram capazes de entender, implementar e modificar aplicações simples como projeto de um semáforo.

Figura 02: Alunos programando o robô

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## Registro de Desempenho

Ao final de cada atividade, o desempenho, postura, interesse e resultados dos alunos são registrados em fichas de acompanhamento individual a serem preenchidas pelo instrutor (aluno do PIBID de Física ou convidado) e automaticamente disponibilizadas para Coordenação e Supervisão do PIBID, bem como coordenação da Escola através de serviço de armazenamento de dados na nuvem gratuito, conforme pode ser visto na Tabela 1 (Datas como nome de alunos retirados para apresentação).

Tabela 01: Ficha de Acompanhamento Individual

## Resultados Esperados

Espera-se com este trabalho aumentar o interesse dos alunos em Ciências da Natureza, especificamente em Física, bem como preparar alunos para que se possa participar anualmente da OBR em condições de competir de igual para igual com alunos da rede privada de ensino. Espera-se ainda dar oportunidade para que professores usem o laboratório para se capacitarem com relação às tecnologias trabalhadas na OBR de modo a dinamizar as aulas, despertando assim o interesse de número cada vez maior de alunos.

## Resultados obtidos até o momento

Como resultado das atividades desenvolvidas até o momento verifica-se o notório aumento do interesse dos alunos do Ensino Médio pelas disciplinas de Física e Matemática. Durante a participação na Etapa Estadual da Modalidade Prática da OBR 2016, uma das duas equipes acompanhadas, GERB-BRUTAL foi premiada na categoria Programação, fato que elevou o interesse dos alunos e gerou um impacto

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positivo na escola, uma vez que o acompanhamento feito PIBID de Física ganhou destaque estadual (SEDUC-PI, 2016). Ainda em relação à OBR, mas referente à modalidade Teórica, tivemos um aluno classificado para a Segunda Fase.

## Conclusão

O trabalho tem se mostrado desafiador em decorrência da escassez de recursos, mas a mudança na postura dos alunos abrangidos pelo projeto, tanto os de Ensino Médio no que se refere ao interesse nas matérias, quanto os alunos de Física membros do PIBID, no que se refere à contextualização e interdisciplinaridade, tem se mostrado de imenso impacto positivo. Como próxima etapa, propõe-se aperfeiçoar os roteiros de trabalho, bem como disponibilizar robôs prontos para que o conteúdo de cinemática possa ser trabalhado de maneira mais eficiente.

## Referências

- · ALIMISIS, D.; BOULOUGARIS, G. Robotics in physics education: fostering graphing abilities in kinematics. Proceedings of 4th international workshop teaching robotics, teaching with robotics &amp; 5th international conference robotics in education, p. 2 -10, 2014.
- · EDUTEC RESEARCH GROUP. S4A Scratch for arduino . Disponível em: &lt;http://s4a.cat/&gt;. Acesso em: 7 set. 2016.
- · KHAN, S. Khan academy . Disponível em: &lt;https://pt.khanacademy.org/&gt;. Acesso em: 7 set. 2016.
- · LIFELONG KINDERGARTEN. Scratch - imagine, program, share . Disponível em: &lt;https://scratch.mit.edu/&gt;. Acesso em: 7 set. 2016.
- · MOREIRA, M. A. Grandes desafios para o ensino da física na educação Contemporânea. In: XI CONFERENCIA INTERAMERICANA SOBRE ENSEÑANZA DE LA FÍSICA. Anais . Guayaquil, Equador, 2013. Disponível em: &lt;http://moreira.if.ufrgs.br&gt;. Acesso em: 7 set. 2016
- · OBR. Olimpíada brasileira de robótica . Disponível em: &lt;http://www.obr.org.br/?page\_id=7&gt;. Acesso em: 7 set. 2016.
- · RICARDO, E. C.; FREIRE, J. C. A. A concepção dos alunos sobre a física do ensino médio: um estudo exploratório. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 29, n.2, p.251-266, 2007.
- · SOUZA, M. A. M.; DUARTE, J. R. R. Low-cost educational robotics applied to physics teaching in Brazil. Physics Education , v.50, n.4, p.482-488, 2014.
- · SEDUC-PI. Projeto de robótica melhora desempenho de alunos da rede pública em Parnaíba-PI . Disponível em: &lt;http://www.seduc.pi.gov.br/Projetode-robotica-melhora-desempenho-de-alunos-da-rede-publica-emParnaiba/4224&gt;. Acesso em: 7 set. 2016.

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