PROPOSTA DE AULA EXPERIMENTAL SOBRE LEI DE OHM E RESISTORES PARA O ENSINO MÉDIO UTILIZANDO O SCRATCH FOR ARDUINO

## PROPOSTA DE AULA EXPERIMENTAL SOBRE LEI DE OHM E RESISTORES PARA O ENSINO MÉDIO UTILIZANDO O SCRATCH FOR ARDUINO

## Emerson Rodrigo Baião 1 , Sérgio Ferreira do Amaral , Estéfano Vizconde 2 Veraszto 3

1 UNICAMP/LANTEC/Faculdade de Educação, emersonerb2002@yahoo.com.br

2 UNICAMP/LANTEC/Faculdade de Educação, amaral@unicamp.br

3 UFSCar, Campus de Araras, Departamento de Ciências da Natureza, Matemática e Educação. UFSCar Campus Araras, DCNME, estefanovv@cca.ufscar.br

## Resumo

Através do ensino de circuitos elétricos para o terceiro ano do Ensino Médio, com o auxílio do Scratch for Arduino será apresentada uma proposta metodológica diferenciada para aulas experimentais através do método construcionista. O objetivo específico, tem como propósito utilizar o construcionismo para incorporar o Scracth for Arduino em atividades experimentais nas aulas de Física com o intuito de desenvolver os conhecimentos específicos em física e habilidades dos alunos no manejo de tecnologias educacionais. Para tanto, a metodologia baseou-se nas contribuições teóricas identificadas na literatura através de obras científicas e sites oficiais sobre o tema, utilizando-se da pesquisa de revisão narrativa. Cabe ressaltar que se trata de uma pesquisa em desenvolvimento. A aplicação da proposta aqui apresentada ocorrerá em momento posterior à submissão do trabalho. Todavia, discussões preliminares sobre a construção do modelo e suas implicações no Ensino de Física. Nesse sentido, os resultados alcançados apontam que o Scratch for Arduino propicia a criticidade, criatividade, pensamento sistêmico, trabalho em equipe e aceitação de novas ideias, competências tão defendidas nos PCNs. É possível também concluir que a incorporação de tecnologia digital em sala de aula, necessita da mudança de método de ensino, para não correr o risco de causar somente a mudança de meio ou ser uma replicação sistêmica do método tradicional de ensino no qual o professor é o detentor do conhecimento e o aluno o agente passivo do aprendizado, desperdiçando assim as potencialidades que a ferramenta digital oferece.

Palavras-chave : Ensino de Física, Tecnologia na educação, Scratch for Arduino , aulas experimentais, Construcionismo.

## 1. Introdução

O Mundo vem passando por várias transformações nos últimos anos. Estas, são oriundas da globalização e posteriormente da inclusão de novos aparatos tecnológicos no cotidiano da sociedade, alterando relações de trabalho e de convivência (VERASZTO et.al. ,2008, 2014). Esta velocidade com a qual ocorrem as inovações tecnológicas, traz praticamente uma nova perspectiva de educação em um curto espaço de tempo. Neste sentido, Garutti e Ferreira (2015) afirmam que o desenvolvimento científico-tecnológico deve também propiciar a revisão de práticas pedagógicas, com mudanças significativas em seus espaços, tempos e modos de trabalho. Assim, seria correto pensar na incorporação tecnológica na prática didática. Então, baseada também nas fundamentações dos PCNs (BRASIL, 2000), esta pesquisa pretende responder a seguinte questão: Como o Scratch for Arduino pode ser incorporado no ensino de circuitos elétricos para o terceiro do Ensino Médio?

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## Objetivos

Este trabalho propõe a utilização de um objeto digital de aprendizagem (ODA), baseado nas orientações dos PCN (BRASIL, 2000), visando o ensino experimental de circuitos elétricos para o ensino médio, visando aplicações da Lei de Ohm e de associação de resistores. Além disso, também busca-se usar a interação da linguagem de programação Scracth for Arduino e suas shields através do método construcionista para trabalhar de forma prática o desenvolvimento dos conhecimentos e habilidades de eletricidade básica para o Ensino Médio.

## Justificativa

Para a elaboração do artigo, inicialmente foi empreendida uma busca de trabalhos que tratam da mesma temática. A metodologia irá abordar com maior cuidado os resultados dessa pesquisa bibliográfica. Preliminarmente é possível apontar que os trabalhos encontrados em revistas ou eventos científicos, apresentam soluções para uso do Arduino ou do Scracth for Arduino , porém não apontam método de ensino diferente do instrucional. Isso significa que os trabalhos deixam implícita a ideia de que o professor é detentor do conhecimento e os alunos são os receptores. Isso prejudica o uso da ferramenta em sala de aula, visto que limita a aplicação de suas potencialidades em aulas experimentais. Assim, é necessário, a mudança de método para fomentar a criticidade, o pensamento sistêmico, o trabalho em equipe, criticidade, criatividade e aceitação de novas ideias.

## 2. Scratch, Arduino e Scratch for Arduino

O Scratch foi concebido no Lifelong Kindergarten Group do Massachusetts Institute of Technology (MIT), onde um de seus desenvolvedores, Resnick, é professor e pesquisador deste instituto e é considerado uma das maiores referências sobre estudos do Scratch aplicado na educação (RESNICK, 2007). É uma linguagem de programação gratuita e em ambiente gráfico, inspirada no Logo e Squeak (Etoys) e possibilita ao professor criar aulas experimentais, como forma de desenvolver a capacidade de raciocínio e espírito crítico do aluno. Além disso, possibilita ao aluno criar experiências, compartilhar, testar e analisar seus resultados em um ambiente virtual. O Arduino foi desenvolvido na Itália no ano de 2005 pelo Interaction Design Institute Ivrea , no Instituto de Design e Interação, com o objetivo de incentivar e tornar fácil o trabalho com tecnologia a um baixo custo. O Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica com hardware e software livre. Estas características fazem com que qualquer pessoa tenha acesso à documentação e consiga criar sua própria placa Arduino . Isso significa que não há a necessidade de comprar uma placa, qualquer pessoa pode criar a sua. O Scratch for Arduino surgiu da busca de ampliar o potencial do Arduino , principalmente referente à educação. Foi desenvolvido pelo CITILAB e pelo grupo Edutec, com a ajuda do Smalltalk.cat e Jorge Gómez, que lidera o projeto educacional hardware e software em Miscela (CITILAB, 2016). O Scratch for Arduino amplia as possibilidades de usuários, ou seja, não é necessário conhecimento em programação de computadores para manipular o Arduino , esta característica torna-se dispensável, pois o Scratch for Arduino traz a utilização do paradigma orientado a blocos, ou seja, basta simplesmente utilizar os blocos de comandos do Scratch , montando-os como se fosse um 'quebra-cabeça' para interagir com o Arduino e seus componentes. Esta nova forma de programação retirou a necessidade de saber códigos e palavras reservadas referentes à programação do Arduino.

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## 3. Ensino de Física segundo os PCNEM

De acordo com os PCNs (BRASIL, 2000), o Ensino Médio tem como objetivo contextualizar e desenvolver conhecimentos práticos baseados nas necessidades contemporâneas e promover acesso a conhecimentos mais amplos e abstratos, possibilitando uma cultura geral e a uma visão de mundo fundamentada nas necessidades atuais. A formação do aluno para o século XXI deve priorizar aquisição de conhecimentos básicos, a preparação científica e a capacidade de utilizar diferentes tecnologias relativas às áreas de atuação. Deve-se priorizar a educação na sociedade tecnológica, na medida em que o desenvolvimento das competências cognitivas e culturais passa a coincidir com aquilo que se espera na esfera da produção. Assim, é preciso buscar métodos que proporcionem a interação com tecnologias, a investigação e aproximação com o trabalho, o desenvolvimento de competências para solução de problemas e apresentação de conteúdos atualizados do mundo físico e natural. As disciplinas científicas, como a Física, têm omitido os desenvolvimentos realizados durante o século XX e tratam de maneira enciclopédica e excessivamente dedutiva os conteúdos curriculares. Importante então que haja a mudança de método de ensino visando o aluno em agente ativo do aprendizado, e o professor como mediador do conhecimento. Além disso, é preciso relacionar o conteúdo curricular com o cotidiano do aluno, através do emprego de tecnologias capazes de potencializar estas relações. Neste sentido, é possível afirmar que não basta somente prover novos métodos e meios, mas sim, é preciso possibilitar o aluno ser articulador do seu desenvolvimento, proporcionando condições para que desenvolva uma visão de mundo atualizada, incluindo compreensão mínima de técnicas e princípios científicos em que se baseiam (BRASIL, 2000).

## 4. Bases construcionistas

A adoção de tecnologia em sala de aula como meio de modificação do método tradicional de ensino, sem a análise de como isso será feito, pode representar simplesmente o uso do computador como recurso para informatização do método de ensino tradicional, mantendo o aluno como agente passivo no processo de ensino-aprendizagem. Neste contexto, entra em discussão a visão instrucionista que trata do ensino mediado por tecnologia. Todavia, mantém a metodologia de ensino tradicional, usando o computador como objeto de suporte para perpetuação de métodos consolidados. Assim, o computador muitas vezes é usado para informatizar os processos de ensino que já existem (VALENTE, 1997). Desta forma o aluno acaba não desenvolvendo sua autonomia e seu pensamento crítico, deixando de aproveitar as potencialidades que a tecnologia oferece. Cabe ressaltar que não está sendo enfatizado colocar o método instrucionista de lado, porém, apregoa-se aqui que a tecnologia deve ser utilizada como um interativo, capaz de estimular o aprendiz e de proporcionar novos métodos de ensino e aprendizado (PAPERT, 1994).

## 5. METODOLOGIA

Esta pesquisa, predominantemente qualitativa, com base em Análise Documental (BARDIN, 2000), analisou textos científicos que tratam da temática que o artigo aborda. Foi empreendida busca em revistas científicas, artigos, dissertações, teses e documentos técnicos, recentes que abordam o tema e fazem referência aos PCNs (BRASIL, 2000), para a classificação categorização dos estudos da proposta. Assim, foram necessárias duas literaturas: a primeira com

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fundamentação técnica e pedagógica que foram os PCNs (BRASIL, 2000), a segunda com fundamentação pedagógica a partir do método construcionista. Com relação a aplicabilidade da proposta, o trabalho buscou, amparado também em Análise documental, identificar nos PCNs (BRASIL, 2000), e nos trabalhos analisados, o entendimento das necessidades técnicas e pedagógicas que envolvem o tema aqui pesquisado. Além disso, identificou-se a importância das aulas experimentais, principalmente referente a disciplina de Física do 3º ano do EM, onde o conceito de resistência elétrica, e suas aplicações em circuitos, é estudado. Em relação ao método de ensino proposto, o trabalho buscou classificar o entendimento teórico sobre a técnica que viabilizasse o trabalho didático através de aulas experimentais, onde fosse possível migrar do modelo tradicional de ensino (aquele onde o aluno é expectador e o professor detentor do conhecimento) para o modelo onde o aluno se torna autônomo e o professor mediador do conhecimento. Já quanto à utilização de recursos tecnológicos, identificou-se hardware e/ou software referentes ao construcionismo e que viabilizassem a estruturação do modelo descrição-execução-reflexão-depuração (DERD) no Ciclo do Aprendiz.

## 5.1. Análise documental

Foi empreendida uma busca para levantar trabalhos relacionados com o tema. Objetivando a ambientação sobre estudos que envolvessem o tema Scratch , Arduino, Scratch for Arduino e construcionismo em Física do Ensino Fundamental e Médio, realizaram-se consultas em revistas e eventos científicos específicos no período compreendido entre 2011 a 2016. Foram consultadas as revistas A Física na Escola (2011 e 2012, volumes 12 e 13), o Brazilian Journal of Physics (2011 a 2016, volumes 41 a 46), a Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências (2011 a 2015, volumes 11 a 15) e a Revista Brasileira de Ensino de Física (2011 a 2015, volumes 33 a 37). Nestas publicações, encontraram-se 3 artigos que abordaram o tema Arduino: a) Carvalho et. al . (2014), com estudo relacionado à utilização do Arduino Uno para estudos da Maré Atmosférica; ii) Souza et. al . (2011), sobre o uso do Arduino e componentes eletrônicos para estudo da luz; iii) e, Cavalcanti et. al . (2011) com o estudo sobre ao Arduino e alguns dispositivos eletrônicos para estudo de carga e descarga de energia. Para os temas relacionados ao Scratch e ao Scratch for Arduino não foram encontradas publicações. Também foram realizadas consultas nas principais publicações científicas nacionais dos principais eventos de Física que acontecem no Brasil. Para esta pesquisa foi utilizada os mesmos critérios acima descritos e foi escolhido sempre o último evento realizado. Foram consultados os eventos: XV EPEF 2014, o X ENPEC 2015, não obtendo nenhum retorno a respeito do tema Scratch , ou Scratch for Arduino , ou construcionismo, nas mesas redondas, comunicações orais e pôsteres. Por outro lado, a pesquisa no XXI SNEF 2015 resultado na obtenção de 1 trabalho relacionado ao Scratch for Arduino e 6 trabalhos relacionados ao Arduino . Todos os trabalhos encontrados apresentam soluções para uso do Arduino ou do Scracth for Arduino, como Fernandes et al . (2015) com o trabalho que trata de experimentação com apoio do Arduino e alguns componentes eletrônicos para viabilizar o professor trabalhar a segunda lei de Newton; Pereira et. al . (2015) publicaram o trabalho sobre o uso do Arduino para a medição de raios cósmicos e radiação de fundo; Teixeira et. al . (2015) estudaram o uso do Arduino e componentes eletrônicos para entender conceitos da luz; Oliveira et. al . (2015) apresentaram um protótipo para estudo remoto e local para medição de distância e temperatura com Arduino; Iwamoto et al . (2015) criaram um experimento para estudar ondas estacionárias através do Arduino

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e seus sensores; Corrallo e Junqueira (2015) apresentaram a proposta para uso do Arduino no estudo da Lei Newton para o Ensino Médio; e, por fim, Filho et. al . (2015) apresentaram trabalho que não trata de uma proposta educacional, mas, sim de um arranjo experimental que buscou mostrar que a não amostragem sistemática dos números no display do cronômetro implica em erro na sua contagem final. Dentre estes trabalhos, nenhum tratou da temática desse artigo.

A proposta de aula experimental estruturou-se no Scracth for Arduino , onde seu eixo norteador para fomentar a criatividade, criticidade, trabalho em equipe, reflexão, autonomia foi o método construcionista de Papert estruturado pelo modelo DERD e o ciclo do aprendiz.

## 6. Desenvolvimento da proposta

Através da revisão narrativa, definiu-se a proposta para a incorporação de instrumentos tecnológicos modernos, com o objetivo de diversificar o processo de ensino e aprendizagem, seguindo as orientações dos PCNs (BRASIL, 2000). A primeira definição foi a escolha do Scracth for Arduino e do Arduino que possibilitarão o aprendizado da Lei de Ohm e Resistores de forma experimental, através do desenvolvimento de um programa que permitirá alterações de variáveis que possibilitará uma visão prática sobre o tema. De acordo com Resnick '[...] o conhecimento por si só é insuficiente [...] as pessoas devem continuamente chegar a soluções criativas para problemas esperados' (RESNICK, 2007, p. 18). Para a utilização destes objetos educacionais, foi escolhido o método construcionista. Para dar subsídios de avaliação da aplicação do método e do aprendizado do aluno, foram escolhidos dois pilares o Ciclo de Aprendizagem e o DERD. Para exemplificar como a proposta pode ser posta em prática, foi criado um plano de aula como desenvolvimento de uma aula experimental para servir como base para a explicação sobre o tema Lei de Ohm e Resistores - Circuitos Elétricos. Desta forma, através desta atividade experimental poderão ser mediados, de forma prática os conceitos do tema a ser trabalhado pelo professor. Na Tabela 1 será exemplificada a criação de uma variável que será utilizada para atribuir o valor que o sensor de luminosidade estará capturando em tempo real.

Este estudo de caso, apresentado na Tabela 1, representa um programa que ao ser pressionado a tecla de espaço, inicia em um loop infinito na captura de fótons de luz pelo do sensor de luminosidade. Quando a captura de fótons fica menor que 100 o LED acende, quando maior que 100 o LED apaga. Como o sensor de luminosidade está conectado na porta Analog0 a leitura de quantos fótons o sensor de luminosidade está captando deve ser feita no canto superior direito da tela do Scratch for Arduino, conforme mostra a Figura 1. Através desta prática experimental o aluno tem contato direto com sua criação, podendo visualizar sua execução.

Figura 1 Resumo dos comandos executados

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## 6.1. O processo avaliativo

A junção do Ciclo do Aprendiz e do DERD é muito importante para a aplicação do método construcionista, pois são estas técnicas que possibilitam a elaboração de aulas experimentais, servindo também para que o professor tenha elementos claros para poder criar seu processo de avaliação tanto do aprendizado do aluno como do desenvolvimento do seu trabalho e a partir desta ação, poder refletir sobre sua ação. No plano de aula sugestivo, os objetivos específicos da atividade a ser realizada é atingir: i) Nível de conhecimento - associar, comparar, identificar, repetir, revisar e mostrar. Para indicar quais habilidades deseja ser trabalhada; ii) Nível de aplicação - demonstrar, tirar ou extrair, empregar, dar um exemplo e usar. Para indicar quais competências deseja ser trabalhada; iii) Nível de solução de problemas - criar, criticar, debater, julgar e recomendar. Para indicar quais atitudes nos alunos deseja ser trabalhadas. A Tabela 2 está dividida item a item a proposta de interpretação sobre Ciclo do Aprendiz e o modelo DERD.

Tabela 2 Avaliação por parte do professor utilizando o DERD e Ciclo do Aprendiz

Ressalta-se, então, a importância de utilizar o método construcionista como aplicação do método de ensino e o DERD e o Ciclo do Aprendiz como princípios norteadores tanto da aplicação quanto da avaliação contínua e paralela para subsidiar o professor de informações sobre o processo de ensino-aprendizagem do aluno e do próprio professor. Assim, o método construcionista alicerçado no Ciclo da Aprendizagem e no DERD equivale a dizer que o aluno assume o papel de protagonista na sua educação e mesmo que metaforicamente o de professor, pois ele tem que criar um software para fazer algo funcionar e isso significa que ele está 'ensinando' o computador a fazer algo e neste caso, além do computador a placa Arduino, ou seja, o aluno se torna o protagonista, o criador, o ser reflexivo, crítico, criativo, colaborador.

## Considerações finais

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Através de um método de ensino diversificado no caso o construcionismo, atingiu-se objetivo geral, pois foi possível criar a proposta da utilização de um ODA para aulas experimentais de Física referente ao conteúdo Lei de Ohm que fundamento nas orientações dos PCNs. Para tanto, utilizou-se do método de ensino conjugado com o modelo DERD e o Ciclo do Aprendiz tanto como base de prepação das aulas, da sua efetivação e posteriormente de avaliação sendo uma das estruturas do método, possibilitando, assim, a mudança de meio e de método atendendo as diretrizes emanadas pelos PCNs (BRASIL, 2000).

A literatura pesquisada evidencia, por seu conteúdo, a necessidade de desenvolvimento de atividades práticas para auxiliar no Ensino de Física. Através de situações didáticas onde o discente pode manusear experimentos, a compreensão do conteúdo abordado é melhorada (RUBIM JR., 2014). Esse ponto ainda é uma hipótese, já que os resultados práticos da aplicação desta proposta ainda estão em vias de análise. Até o momento da submissão da versão final do artigo, a aplicação ainda não havia terminado. Nesse sentido, perspectivas futuras estão abertas, com a apresentação dos resultados completos em edições futuras do evento. Todavia, ainda vale ressaltar que, conceitos demonstrados de forma tradicional em sala de aula, pouco contribuem para o processo de aprendizagem do estudante. O aluno não relaciona tais conceitos ao seu cotidiano, ou às aplicações práticas que eles proporcionam. Assim, ainda é preciso investir no desenvolvimento de propostas educacionais que envolvam os estudantes de maneira prática, ativa e possibilitem uma aprendizagem significativa.

Por fim, fica a ideia de que novos trabalhos precisam ser desenvolvidos na área. Não somente propostas bem-intencionadas, mas também aplicações concretas. E que seus resultados sejam difundidos para gerar conhecimento na área.

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