USO DA PLATAFORMA ARDUINO COMO MEIO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA NAS AULAS DE FÍSICA

## USO DA PLATAFORMA ARDUINO COMO MEIO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA NAS AULAS DE FÍSICA

## *Lilian Alves de Almeida¹, Francisco Augusto da Silva Neto², Dielson Hohenfeld 3 e Marcelo A. Moret 4

- 1 Escola SESI Djalma Pessoal - BA, lilianalves.fis@gmail.com
- 2 Escola SESI Djalma Pessoal - BA, chiconeto13@hotmail.com
- 3 IFBA/Departamento de Física/Campus Salvador, dielson.dph@gmail.com

4 Universidade Estadual da Bahia, mamoret@gmail.com

## Resumo

Este artigo visa apresentar como os professores de física desenvolvem inovações didáticas nas oficinas tecnológicas da Escola SESI Djalma Pessoa - BA com ensino médio articulado, que possui em sua estrutura, laboratórios e espaços reservados para novas metodologias de ensino e aprendizagem. Uma mudança no desenvolvimento das atividades práticas de física dessa escola foi a ideia propulsora para a introdução do estudante no meio tecnológico e científico, por meio da plataforma microcontroladora Arduino. Esta ferramenta utilizada é um hardware livre de baixo custo que pode ser empregada para diversas finalidades e, neste caso, foi utilizada para sair de um estudo tradicional de práticas laboratoriais, puramente demonstrativos e com pouca aplicabilidade no cotidiano do discente, para uma experimentação dinâmica, colocando-o como protagonistas da aula. Tal práxis inovadora aborda diversas temáticas, dentre elas: programação, prototipagem, eletrônica, automação e outras. Assim, essa atividade estimula o estudante a desenvolver suas diversas habilidades e potencialidades na área, ajudando-o na escolha de um curso técnico.

Palavras-chave : Ensino de Física, Arduino, Tecnologia, Inovação.

## Introdução

As mais diversas publicações na área de educação e aprendizagem indicam que o desenvolvimento e a aplicação de inovações pedagógicas e o uso das novas tecnologias da informação e comunicação para o ensino de ciências (PAPERT, 2008; FINO, 2011) propiciam e colaboram para o interesse dos estudantes em compreender disciplinas consideradas de alta dificuldade, como a Física e a Química. A oportunidade buscada no sentido de inovar as aulas, e assim resgatar o interesse dos alunos pela Ciência, veio com o surgimento de novas disciplinas integrantes da matriz curricular da Escola SESI Djalma Pessoa - Bahia, na cidade de Salvador. A disciplina nomeada de Oficina Tecnológica (Oftec) vem mostrando bons resultados em atrair o jovem ao aprendizado na sala de aula. A ideia da Oftec é unir a Física ao interesse dos alunos em dispositivos eletrônicos e, desta maneira, promover uma melhora no processo de ensino-aprendizagem.

As práticas pedagógicas ocorrem onde se reúnem pessoas, das quais algumas têm o propósito de aprender alguma coisa e, outras, o propósito de facilitar ou mediar nessa

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aprendizagem. Ou quando todas têm o mesmíssimo propósito de aprender alguma coisa em conjunto (FINO, 2008, p. 03).

- O trabalho experimental se apresenta como uma possibilidade dos estudantes compreenderem, em parte, o desenvolvimento da ciência e da tecnologia. Concebese a experimentação como uma forma de favorecer o estabelecimento de um elo entre o mundo dos objetos, o mundo dos conceitos, leis e teorias e o das linguagens simbólicas. Francis Bacon dizia que fazer ciência experimental não era simplesmente 'observar o leão, mas também torcer o seu rabo' (SÉRÉ et al., 2003, p. 39).

A ferramenta principal utilizada nas aulas é o arduino, que permite, ao criar protótipos, implementar projetos envolvendo diversos componentes eletrônicos. Além disso, a sua plataforma é aberta (Open source), tendo documentos, exemplos e informações, todos à disposição e gratuitamente. Na internet há uma vasta biblioteca para diferentes aplicações e comunidades virtuais de desenvolvedores (MCROBERTS, 2011), tornando-o acessível a estudantes e professores.

A maior vantagem do Arduino sobre outras plataformas de desenvolvimento de microcontroladores é a facilidade de sua utilização; pessoas que não são da área técnica podem, rapidamente, aprender o básico e criar seus próprios projetos em um intervalo de tempo relativamente curto (MCROBERTS, 2011, p.20).

O uso desta ferramenta proporciona aos alunos uma atividade prática, que cria um ambiente diferenciado e mais prazeroso para aprendizagem, facilitando, desta forma, o envolvimento do estudante com a temática a ser trabalhada, a partir da realização de projetos de automatização e prototipagem, potencializando, assim, o processo de ensino e aprendizagem. Além de permitir aos estudantes o conhecimento da plataforma Arduino, eletrônica básica e programação na linguagem wiring para a criação de projetos de sistemas interativos pela exploração e entendimento de diferentes sensores e atuadores básicos, leitura de dados em tempo real e a realização de exemplos práticos e simples. As atividades destas etapas do desenvolvimento permitem criar e montar o protótipo de um projeto a fim de automatizar algum processo do seu cotidiano.

Listados desde 1973 por Shulman e Tamir (TRAVERS, 1973) a prática experimental baseia-se em cinco grupos de objetivos que podem ser atingidos pelos estudantes durante as aulas de ciências, são eles:

- (a) habilidades - de manipular, questionar, investigar, organizar e comunicar;
- (b) conceitos - como hipótese, modelo teórico, categoria taxionômica;
- (c) habilidades cognitivas - pensamento crítico, solução de problemas, aplicação, análise, síntese;
- (d) compreensão da natureza da ciência - empreendimento científico, cientistas, como eles trabalham, existência de uma multiplicidade de métodos científicos, inter-relações entre ciência e tecnologia e entre as várias disciplinas científicas;
- (e) atitudes -como curiosidade, interesse, correr risco, objetividade, precisão, confiança, perseverança, satisfação, responsabilidade, consenso, colaboração, gostar de ciência.

Usar uma ferramenta tecnológica para formação de conceitos físicos e a linguagem como base da socialização do pensamento, tendo o professor como

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mediador desse processo torna a aula um lugar propicio para o estudante alcançar tais objetivos.

As competências a serem desenvolvidas no âmbito educacional com o uso das Novas Tecnologias da Informação e Comunicação (NTIC) vêm sendo sistematizadas por diversas instituições, tais como facilitar o trabalho com temas relevantes e possibilitar a aprendizagem por resolução de problemas. É possível ainda estender a aprendizagem baseada em problemas para a baseada em projetos, onde as tecnologias podem possibilitar diferentes formas de representação, facilitar a construção intencional, a exteriorização e a manipulação de modelos mentais e as relações dinâmicas entre os elementos (AZINIAN, 2004, p. 47).

## Descrição do trabalho desenvolvido

Os encontros dessa disciplina acontecem semanalmente e são reservadas duas horas aulas, tempo para apresentar o dispositivo que vai ser estudado; a montagem de um circuito escolhido pelos docentes e alguns questionamentos sobre o que será estudado. As aulas, além construtivistas, dialógicas e expositivas, são práticas e estas, são realizadas em grupo. No decorrer do ano as equipes escolhem um tema a ser investigado e o apresentam na forma de seminários, além do protótipo desenvolvido, desta forma, não existe um rigor de aula formal a ser seguido, o que torna o ambiente mais dinâmico e favorável a atender a necessidade de cada turma.

As atividades são desenvolvidas em laboratório, equipado com computadores e diversos componentes eletrônicos. É importante salientar que esta disciplina surgiu com o novo currículo apresentado pela instituição, e com isso, favoreceu o trabalho do professor em utilizar recursos que muitas vezes na aula de Física não há como fazê-lo. Como propósito, esta disciplina possibilita a discussão sobre tecnologia, da mais moderna, como a nanotecnologia, à mais rudimentar, como máquinas de marcenaria e tornearia, dando ao aluno a oportunidade de interagir e compreender muitas das tecnologias atuais dentro da escola (SESI, 2014). Os documentos produzidos para essa disciplina foram disponibilizados e consultados pelos professores, especialmente os da organização e funcionamento, a qual contempla quatro áreas temáticas selecionadas para permitir aos estudantes o exercício da criatividade, da inventividade e também da utilização dos recursos computacionais, associados aos objetos de estudos das disciplinas curriculares.

A Oftec é realizada em todas as turmas da escola, são disponibilizados um total de 5 oficinas, nas áreas de física, química, matemática, informática e robótica. Fica a critério de cada estudante a escolha da qual participar. Ao optar pela prática em física, esse estudante tem a possibilidade de vivenciar os conceitos desta ciência a partir dos experimentos realizados no laboratório. Nas atividades não é necessário estar em um determinado seriado, estudantes de primeira, segunda e terceira série realizam as aulas sem a obrigatoriedade de um pré-requisito. O intuito é aproveitar a curiosidade dos alunos para o aprendizado. O mais interessante deste trabalho está na disciplina não vincular-se a uma avaliação quantitativa, ou seja, os alunos participam e fazem as atividades sem o interesse por nota. O empenho dos estudantes está associado ao interesse pela funcionalidade dos equipamentos eletrônicos. É observada a vontade de criar 'coisas novas' e os estudantes são

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incentivados a colocar suas ideias em práticas, o que já gerou premiação no Encontro de Jovens Cientistas da Universidade Federal da Bahia < http://www.encontrodejovenscientistas.com.br >.

O acervo de equipamentos para a disciplina é bem diversificado, dentre os materiais utilizados nas aulas usa-se de led a transistor, capacitor, fios, protoboard, buzzer, teclados, display LCD, arduino UNO, motores, termistor, kit infravermelho, bluetooth, potenciômetro, resistências, computadores e diferentes tipos de sensores: de movimento, de umidade do ar, umidade do solo, de temperatura, ultrassom, de gás, luminosidade, acelerômetro, de som, de vibração dentre outros. Para quem conhece esses materiais pode pensar essas aulas como sendo de nível técnico, mas elas não são. As aulas são para nível médio e esses equipamentos motivam a inclusão de assuntos de física tanto a nível básico quanto a nível superior, não existe limite para o conhecimento, basta o aluno querer saber como funciona um dispositivo em particular. O estudante é o protagonista da aula, os professores são mediadores da atividade, apoiando e incentivando o desenvolvimento do seu alunado. É importante saber que não vale nota para o estudante, ele vai para aula porque quer montar um circuito e quer usar os equipamentos, dar-se a esse o espaço para eles se realizarem como pequenos cientistas.

A partir da aula com o sensor de temperatura do tipo NTC será possível exemplificar como é viável investigar e beneficiar a compreensão dos fenômenos, processos e sistema envolvidos. Inicialmente realiza-se a montagem de um circuito contendo o NTC, os estudantes montam o circuito e escrevem o código correspondente a atividade. Circuitos e programação para este sensor são facilmente encontrados no Ciberespaço, definido como 'o espaço de comunicação aberto pela interconexão mundial dos computadores e das memórias dos computadores' (LÉVY, 1999, pág. 92), possibilita aos docentes e discentes escolherem qualquer atividade a qual queiram praticar, bastando ter os equipamentos necessários. Realizada a montagem e a comprovação da medida de temperatura realizada começam-se os questionamentos para a investigação, exemplo:

- 1. Diferencie fisicamente o termômetro clínico do termômetro utilizado nesta aula.
- 2. O sensor utilizado é do tipo NTC, qual o significado dessa sigla? Fale sobre o tipo PTC.
- 3. Qual a relação entre as grandezas termodinâmicas e elétricas, fisicamente isso foi possível?
- 4. O sensor mede o valor em kelvin, como foi possível transformá-lo em Celsius?
- 5. A tensão aplicada no sensor é de 5V, caso eu alimente com 3,3V (valores fixos do arduino) alteraria o valor da temperatura medida? Justifique.
- 6. Descreva uma possível utilização desse sensor para uma solução de algum problema do seu cotidiano.

A partir de um sensor de temperatura, como exemplo o do tipo NTC pode-se observar os possíveis questionamentos físicos a serem trabalhados. Eletrodinâmica é apresentada nos primeiros dias de aula, logo, o conceito de corrente elétrica, tensão, resistência e circuitos elétricos é bem abordado para uma melhor compreensão da atividade e manuseio dos equipamentos.

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Questionamentos semelhantes ao que foi apresentado para o sensor de temperatura foi aplicado nas demais aulas mediante os dispositivos inseridos. O papel do professor é completamente modificado nessas atividades, pois ampliam seus conhecimentos, se reconhecem e se implantam em um meio de aprendizagem mútua. Os conhecimentos dos docentes sobre os diversos assuntos aqui apresentado foram adquiridos no período de graduação, por isso é importante inserir os profissionais da área de educação no meio tecnológico, pois estes ministram aulas para alunos que vivenciam a web 2.0, se referindo não apenas a uma combinação de técnicas informáticas (serviços Web, linguagem Ajax, Web syndication, etc.), mas também a um determinado período tecnológico, a um conjunto de novas estratégias mercadológicas e a processos de comunicação mediados pelo computador (PRIMO, 2007, p.1).

## Resultados obtidos

A estratégia de fazer com que o aluno se sinta capaz de desenvolver atividades na área de automação e eletrônica e assumir papel de protagonista nas atividades, mostrou ser eficaz na produção de trabalhos científicos. Ademais, mostrou-se importante para a escolha dos futuros cursos dos alunos, em especial, os de cunho eminentemente técnicos.

A participação dos alunos no 6 Encontro de Jovens Cientistas da o Universidade Federal da Bahia rendeu duas premiações em diferentes modalidades à escola, uma vez que foram premiados com o primeiro lugar na modalidade 'vida de jovem cientista', quando fizeram uma apresentação oral sobre sua prática de pesquisa e na modalidade 'gabinete de curiosidade', ficou em terceiro lugar, apresentando um protótipo o qual simula o funcionamento de uma cadeira de cinema automatizada, que terá o seu assento travado e só será abaixada mediante a digitação de uma senha particular, intitulado de 'DIGITAL SECRET - SEM INCÔMODO, ESSE É MEU LUGAR!'. O destravamento dela ocorre com a identificação da senha digitada pelo proprietário da reserva, impedindo, assim, um possível desconforto de encontrar o seu assento ocupado por outra pessoa. Um teclado numérico, um arduino uno, fios, um motor servo, isopor e muita criatividade foram os materiais utilizados para a confecção do protótipo.

Durante as aulas, a grande maioria dos estudantes relata a identificação com a prática e como esta atividade está ajudando no primeiro contato com as atividades técnicas. A partir disso, foi solicitado de alguns estudantes relatos sobre a vivência nas aulas de Oftec e o quão importante é e foi para o desenvolvimento deles. A seguir, são apresentados nove relatos de alunos da segunda e terceira série:

As aulas de OFTEC foram muito úteis para mim, pois, sendo segundo ano, fui introduzido nos estudos sobre Circuitos Elétricos e suas leis fundamentais e a montagem dos mesmos, adquirindo uma base para o 3° ano. Além da parte física do circuito, ao manipular o Arduino, adquiri interesse pelo aparelho não só pelos projetos eletrônicos que poderia desenvolver com ele, mas também ter a certeza de seguir a carreira de programador. (E1, cursando a segunda série)

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A oficina de física me deu uma relativa base e facilitou com que eu desenvolvesse os conhecimentos relativos à eletricidade e lógica de programação. Além disso, a base (principalmente sobre aplicabilidade) que os trabalhos com o dispositivo Arduino me proporcionou me possibilitou saber que a computação é uma área que me agrada, e que eu posso inclusive trabalhar com ela durante o resto da minha vida. (E2, cursando a segunda série)

Mesmo com a Oficina não sendo voltada para a área de programação, ela me ajudou com o entendimento de conceitos físicos e funções da programação, por exemplo, e como essa programação pode ter aplicabilidade em todo o tipo de objeto e ferramenta tecnológica. Ou seja, me propiciou uma visão ampla de tudo que eu posso fazer, caso eu me torne um programador. (E3, cursando a segunda série)

A oftec de física foi de grande importância para mim, pois ela me proporcionou diversas experiências que antes eu não tive, trabalhando com o microcontrolador Arduino, estudando sobre eletrônica e automação, influenciando e ajudando também significativamente na escolha da profissão que eu pretendo seguir no futuro. (E4, cursando a segunda série)

A aula de oftec foi algo tão importante que foi um dos motivos para a decisão do meu curso, as aulas são excelentes, dinâmicas e muito didáticas. Com o auxílio da professora, consegui entender muitas coisas na parte de elétrica, mesmo sendo básico e algo que me ajudou a ver como funciona, sair do papel e ver com é que aquele circuito realmente funciona, a oftec ajudou muito no meu aprendizado de tal forma que vejo isso no meu curso técnico. (E5, cursando a terceira série)

- A Oficina tecnológica de física foi algo extremamente novo do que até então era oferecido. A unção da física da forma mais prática possível com outras disciplinas vistas no ensino médio, e também com a automação e programação, me fez ampliar meus conhecimento com relação a aplicação da física e matemática no cotidiano. (E6, cursando a terceira série)
- A oficina tecnológica de física foi muito importante, pois possibilitou conhecer de diversas áreas como elétrica e automação, no qual foi proporcionadas experiências com as práticas de física e conhecer o microcontrolador Arduino, ampliando o meu conhecimento de uma forma multidisciplinar. (E7,cursando a terceira série)
- A oficina tecnológica de física foi significativa para meu processo de aprendizado, principalmente no meu curso de eletrotécnica... Como já tinha a mexer com sensores de distância, acender um led, ou até mesmo saber do que se trata uma protoboard, fez com que eu assimilasse meu conteúdo mais rápido... Desta maneira, percebi a importância de se ter essa ferramenta numa escola e o quanto ela pode ser bem utilizada para facilitar nosso aprendizado nos deixando com certa "experiência" que será de grande ajuda no meu processo de formação profissional. (E8, cursando a terceira série)

A oficina tecnológica de física foi e ainda é uma etapa de constante aprendizagem em minha vida, unindo a prática e a teoria ela tem tornado a aprendizagem mais dinâmica e divertida. Apesar de não pretender seguir uma carreira próxima a essa área foi muito estimulante adicionar esse conhecimento as minhas competências e, certamente no futuro pretendo utilizar essas novas habilidades. (E9, cursando a terceira série)

Os relatos só foram adquiridos de estudantes da segunda e terceira série por já estarem em contato com disciplinas de nível técnico. Com isso, reforçam o significado desta prática pedagógica, pois, contribui para estes estudantes praticarem no seu cotidiano o que estão vendo na escola e para o seu desenvolvimento, principalmente o profissional.

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## Considerações

O presente artigo mostrou como foi possível inovar didaticamente através de Novas Tecnologias de Informação e Comunicação, utilizando a ferramenta Arduino e diversos dispositivos eletrônicos. No entanto, é imprescindível observar que essa mudança na abordagem dos conceitos de física só é possível devido à criação de uma disciplina voltada para este fim. É muito expressivo para o professor ter o espaço para inovar suas práticas pedagógicas dentro da instituição que trabalha.

Mas é óbvio que somente conteúdos, mesmo com significatividade não é suficiente. É preciso também incorporar, ao ensino da Física, as tecnologias de informação e comunicação, assim como aspectos epistemológicos, históricos, sociais, culturais. Ensinar Física é um grande desafio, mas pode ser apaixonante se conseguirmos melhores condições de trabalho para os professores, livrar-nos do ensino para a testagem e, metaforicamente, abandonarmos o modelo da narrativa, o quadro-de-giz e o livro de texto (MOREIRA, 2014, p.12).

Congrega ao escopo deste trabalho a importância de refletir sobre os Grandes Desafios para o Ensino de Ciências propostos por Carl Wieman, em 2013 na Revista Science (MERVIS, 2013). Dentre os desafios descritos nesse artigo os que mais chamam a atenção são: aprendizagem ativa, ensino centrado no aluno e educação de ciências para os que optam em não serem cientistas.

Este artigo não teve como finalidade o exercício de uma análise textual dos relatos expostos. Mas de qualquer forma pretende-se em um futuro trabalho aplicar uma metodologia de análise de discurso, pois, diante de cada discurso ou conjunto de discursos que aqui foi apresentado tende a perceber uma unidade de pensamento do estudante.

## Referências

AZINIAN, H. (Org.). Educação a distância: relatos de experiências e reflexões. Campinas, SP: UNICAMP-NIED, 2004.

FINO, Carlos Nogueira. 'V' Colóquio CIE- UMa, Pesquisa para mudar (a educação), Investigação e inovação (em educação) In Fino, C.N. & Sousa. (2011). . Funchal: Universidade da madeira-CIE-UMa,p 29-48.

FINO, Carlos Nogueira. DCE-UMA, III Colóquio. Inovação pedagógica: significado e campo (de investigação). 2008.

LÉVY, Pierre. Cibercultura . Editora 34. Rio de Janeiro, Brasil., 1999.

MCROBERTS, Michael. Arduino básico. São Paulo: Novatec Editora, 2011.

MERVIS, Jeffrey. Grand Challenges in Science Education, Science, v. 340, p. 292-296, 2013.

MOREIRA, Marco Antonio. Grandes desafios para o ensino da física na educação contemporânea. In:Anais do Ciclo de palestras dos 50 Anos do Instituto de Física da UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil, 2014.

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PAPERT, Seymour. A Máquina das Crianças: Repensando a Escola na Era da Informática. Tradução Sandra Costa. - ed. Ver. Porto Alegre: Artmed 2008.

PRIMO, Alex . O aspecto relacional das interações na Web 2.0. E-Compós, v. 9, p. 1-21, 2007.

SESI (2014) Educação para o Mundo do Trabalho: Oficinas Tecnológicas. Departamento Nacional Brasília - DF.

SÉRÉ, M. G.; COELHO, S. M.; et al; O Papel da Experimentação no Ensino da Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física; V. 20, n. 1, abr. 2003.

TRAVERS, Robert M. ed. Second Handbook of Research on Teaching. Chicago: Rand McNally & Co., 1973.

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