UTILIZAÇÃO DA ROBÓTICA COMO FERRAMENTA DE APRENDIZAGEM NO ENSINO DE FÍSICA COM AUXÍLIO DA CULTURA MAKER

## UTILIZAÇÃO DA ROBÓTICA COMO FERRAMENTA DE APRENDIZAGEM NO ENSINO DE FÍSICA COM AUXÍLIO DA CULTURA MAKER

## Saulo Leite , Klayton Marcondes², Hanna Ferreira , Wellington Fonseca , David 1 3 4 Gentil 5

UFPA/ITEC/Faculdade de Engenharia da Computação e Telecomunicações,

1 saulo.joel@yahoo.com.br

²UFPA/ITEC/Faculdade de Engenharia Elétrica e Biomédica, klayton.08@hotmail.com ³UFPA/ITEC/Faculdade de Engenharia Elétrica e Biomédica, ferreirahanna4@gmail.com 4 UFPA/ITEC/Faculdade de Engenharia Elétrica e Biomédica, fonseca@ufpa.br 5 UFPA/ICEN/Faculdade Física, profdavidgentil@hotmail.com

## Resumo

A tecnologia tem se disseminado com o passar do tempo. Atualmente, através dos princípios do Movimento Maker, qualquer pessoa com acesso à internet pode construir seu próprio robô de baixo custo. Em decorrência disso, o Programa de Pesquisa e Extensão Laboratório de Engenhocas da Universidade Federal do Pará incentiva a utilização da robótica como ferramenta de aprendizagem no ensino de física. Deste modo, a iniciativa leva até as escolas de Ensino Fundamental e Médio robôs montados com a plataforma de prototipagem Arduino, e através destes, são ensinados para os alunos conceitos físicos tais como: As Leis de Newton, Eletrodinâmica, Cinemática e Ondas. Deste modo, os alunos participantes das atividades passam a ver a física na prática de uma forma muito mais atrativa. Assim sendo, o projeto faz com que mais alunos se interessem pela área de Ciências Exatas, para que assim possam se tornar futuros acadêmicos universitários com um bom embasamento teórico, diminuindo assim o baixo percentual de profissionais nesta área no país. Além do baixo percentual de profissionais, grande parte das evasões nas universidades é em cursos de Ciências Exatas. O Laboratório de Engenhocas tem atuado nas escolas visando solucionar as problemáticas expostas.

Palavras-chave : Robótica, Ensino Fundamental e Médio, Ciências Exatas, Arduino, Movimento Maker.

## Introdução

Hoje em dia, um movimento tem se difundido pelo mundo, intitulado como 'O Movimento Maker'. A 'Cultura' Maker na educação provém deste movimento que vem cativando milhares de pessoas pelo mundo. Esta nova cultura tem como fundamento a concepção de que pessoas comuns, sem conhecimento técnico ou superior, sejam elas crianças, adolescentes, jovens e adultos podem construir consertar, modificar e fabricar os mais diversos tipos de projetos com o auxílio das ferramentas certas (HIRABAHASI, 2015). O Laboratório de Engenhocas também é adepto deste movimento e leva essa cultura a outras instituições de Ensino Fundamental e Médio, para que estas adentrem neste vasto ramo do conhecimento.

- O Programa de Extensão, através da 'Robótica Pedagógica', incentiva escolas e universidades a se tornarem adeptas do Movimento Maker, com a

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construção e demonstração de projetos com a plataforma Arduino que sempre solidificam a união da prática com a teoria. Já foram desenvolvidos diversos projetos, dentre eles o 'Sistema de Obtenção e Conversão de Medidas' (SOCOM) (LEITE, 2015), 'A mão robótica', 'Michelangelo: O robô quadrúpede', 'O sistema de detecção de vazamento de gás' (FERREIRA, 2015), tecnologias de assistência para deficientes físicos, os jogos educativos como: 'bingo e gênios (jogo da memória) (MARCONDES, 2015) ', entre outros, que tornam as aulas de física mais interessantes.

Haja vista que atual situação da educação do Brasil precisa melhorar, iniciativas como a do Movimento Maker ajudariam a sanar moderadamente este problema aparente. Infelizmente as escolas não estão dando tanto suporte para tornar o aluno apto para iniciar sua vida acadêmica. A evidência deste fato é que a formação escolar dos alunos é precária e isto pode ser constatado no resultado da média nacional nas provas objetivas do Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM) de 2014 e 2015, visto que as médias de Ciências da Natureza e Matemática regrediram de um ano para o outro, como mostra o 'Quadro 1' (G1, 2016) abaixo.

Quadro 01: Média anual do ENEM de 2014-2015

Fonte: g1.globo.com

Além do declínio das médias dos alunos do Ensino Médio na área de Ciências Exatas e Matemática, também há grande evasão de acadêmicos que ingressam em cursos das universidades públicas e privadas do país, sendo ingressantes desta área, tais como: Engenharias, Matemática, Física e Computação. De acordo com estudo divulgado em 2013 pela Confederação Nacional da Indústria (CNI), a média de evasão nesses cursos na década de 2001 a 2011 analisada foi de 55,59%, sendo 43,41% da Rede pública e 62,32% da Rede privada (CNI, 2013). É como um 'efeito-dominó', o aluno de Ensino Médio tem uma formação deficiente na escola e, ao adentrar em um curso de Ciências Exatas, desiste por não conseguir passar em matérias que exigem conhecimento prévio.

Portanto, o programa de extensão 'Laboratório de Engenhocas' visa minimizar estes problemas através da realização de projetos de extensão e pesquisa em escolas de Ensino Fundamental e Médio. Além destas, realiza atividades de extensão com acadêmicos universitários de diversos cursos, sendo em sua grande maioria de faculdades de Engenharias, Física e Química. Assim alunos de Ensino Fundamental e Médio participam de atividades realizadas por universitários. Nestas atividades são realizadas construções de robôs, palestras de física aplicada na robótica e minicursos onde se disseminam o conhecimento de ambas as partes. Com isso, alunos que antes só tinham aulas com todo conteúdo sendo exposto de forma teórica, têm a possibilidade de ver tudo na prática.

## Metodologia

O programa Laboratório de Engenhocas atua em escolas de Ensino Fundamental e Ensino Médio. No Ensino Fundamental, atua em duas Escolas

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Municipais no município de Santo Antônio do Tauá, nas quais desenvolve atividades com alunos do Fundamental Maior (6º ao 9º ano) para prepara-los melhor para Ensino Médio. Nas escolas de Ensino Médio, tem desenvolvido trabalhos que auxiliam no ensino de Ciências Exatas nas em Escolas Estaduais dos municípios de Belém e Ananindeua com alunos do 1º ao 3º ano do Ensino Médio.

## Atuação em escolas de Ensino Fundamental

No âmbito de Ensino Fundamental, o Laboratório de Engenhocas atua em duas escolas Aloysio Chávez (Figura 1) e Major Cornélio de Peixoto (Figura 2) onde são realizados cursos de robótica onde são expostos, de forma lúdica e mais interpretativa, conceitos físicos. O projeto tem o objetivo de preparar os alunos para chegarem até o Ensino Médio com bom embasamento teórico e prático. O Projeto conta com a parceria entre o Projeto de Extensão 'Robótica Pedagógica' do Laboratório de Engenhocas da Universidade Federal do Pará juntamente com a Prefeitura e a Secretaria de Educação do Município de Santo Antônio do Tauá.

Figura 02: Escola Major Cornélio

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Figura 01: Escola Aloysio Chávez

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Atualmente, a escola Major Cornélio (Figura 2) do município de Santo Antônio do Tauá foi convidada a participar da Mostra Nacional de Robótica (MNR), através de um trabalho intitulado como 'Robótica Pedagógica no Ensino Fundamental' submetido e à MNR 2016 que foi selecionado. E poderá ser demonstrado de forma prática no Mostra Presencial, que ocorrerá de 08 a 12 de outubro de 2016 em Recife - Pernambuco.

## Atuação em escolas de Ensino Médio

O Laboratório de Engenhocas desenvolve atividades e realiza visitas em escolas dos municípios de Ananindeua e Belém. Atualmente o programa participa ativamente na escola EEEFM Regina Coeli Souza Silva situada no município da Ananindeua. Além desta, o programa já realizou visitas e palestras em outras escolas do munícipio de Ananindeua sendo elas Maria Helena Valente Tavares, Eneida de Moraes, Dr. Agostinho Monteiro e colégio Salesiano Nossa Senhora do Carmo no município de Ananindeua.

## Atividades na Escola Regina Coeli Souza Silva

Nesta escola está sendo realizado o Curso de Robótica onde os alunos estudam eletrônica básica, lógica de programação e física aplica à robótica. Em uma aula de lógica de programação (Figura 3), onde foi estudado o uso do sensor ultrassônico na plataforma Arduino, para instigar os alunos para o ensino de física, foi demonstrado a eles o robô quadrúpede. Sendo que este funciona com o auxílio do sensor ultrassônico que o impede de colidir (NCB, 2016). O robô é feito de

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madeira e possuía pouca aderência em contado com piso, e essa aderência foi aumentada com o uso de lixas.

Após expor o robô quadrúpede aos alunos (Figura 4), foi perguntado se eles entendiam o porquê de o robô não colidir sempre que o sensor detectava um obstáculo a sua frente, e porque ele não deslizava no chão, já que ele era de madeira. Alguns responderam, mas nenhum de forma conceitual. Após estas perguntas todos os conceitos físicos de eco, atrito, dinâmica e cinemática foram explicados aos alunos de forma aplicada ao robô como mostra a Figura 05. Assim sendo, os alunos passaram a absorver o assunto de outra forma.

O Robô Quadrúpede funcionada da seguinte maneira, servo-motores (Figura 04) são os responsáveis pela locomoção do robô, e se locomove comparativamente com um animal quadrúpede. Ele foi confeccionado de madeira, no entanto a madeira desliza na maior parte dos pisos. Deste modo, foram implementadas lixas nas suas patas, aumentando assim o atrito, como mostra a Figura 05. Além disso, ele possui um Sensor Ultrassônico que o impede de colidir, como mostra o esquema abaixo. Contudo, este robô tem sido de grande importância na extensão universitária para explicação de conceitos de física.

Depois da explicação, foram realizados novos questionários, nestes os alunos resolveram algumas questões de física com uso dos conceitos ensinados, e depois responderam qual a opinião deles em relação a essa didática. Após obter-se as respostas, fez-se o levantamento de dados e a análise dos resultados.

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Figura 03: Aula de programação

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Figura 04: Robô quadrúpedeFigura 05: Funcionamento do robô quadrúpede

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## Visitas, palestras e atividades em outras escolas

O Laboratório de Engenhocas também atua em escolas de Ensino Médio de forma eventual para incentivar que os alunos a ingressarem em cursos de Engenharias e afins. As escolas em que o Laboratório realizou visitas foram Colégio Salesiano Nossa Senhora do Carmo (Figura 6), Eneida de Moraes (Figura 7), Maria Helena Valente Tavares (Figura 8) e Dr. Agostinho Monteiro (Figura 9), todas essas no município de Ananindeua. Geralmente, na realização das visitas, o programa apresenta projetos, palestras e minicursos para os alunos participantes. Nessas realizações os alunos conhecem projetos que envolvem Engenharia e Ciência.

Outros projetos além do Robô Quadrúpede são expostos nessas visitas, um deles é o Sistema de Obtenção e Conversão de Medidas (SOCOM), que faz obtenção e conversão de medidas de temperatura e distância em tempo real. Além desse, são expostos robôs montados através da plataforma LEGO Mindstrom. Um deles é a Cobra Robô, que aparece na 'Figura 9', essa cobra dá um 'bote' quando algum obstáculo é detectado à sua frente através do sensor infravermelho. Ela é utilizada de forma instigadora para que os alunos ponham a mão a frente dela e ela dê o bote. Depois do 'susto' que o aluno pega, é explicado o conceito físico dos sensores infravermelhos.

Figura 06: Escola do Carmo

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Figura 08: Escola Helena Valente

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Figura 07: Escola Eneida

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Figura 09: Escola Dr. Agostinho

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## Análise dos resultados

Nas escolas de Ensino Fundamental foi possível constatar melhor desempenho escolar nos alunos participantes do projeto no município de Santo Antônio do Tauá. Com a aprovação da exposição da escola Major Cornélio na MNR 2016, isto mostrará que os trabalhos desenvolvidos no município têm tido visibilidade não só estadual como também nacional.

Após uma análise dos dados coletados nos questionários realizados com oito alunos na Escola Regina Coeli, foi desvendada que a exposição do robô quadrúpede foi de grande ajuda para eles entenderem a aplicabilidade dos conceitos físicos antes estudados somente de forma teórica. De oito alunos, sete disseram que gostariam de utilizar a metodologia em suas aulas de Física. E todos os oito alunos conseguiram entender os conceitos físico aplicados ao robô.

No questionário estavam as perguntas: 1. Você sentiu dificuldades de manipular o robô? 2. Você gostaria de utilizar práticas como essas nas suas aulas de física? 3. Você conseguiu entender os conceitos físicos aplicados ao robô? Contabilizadas as respostas das perguntas, formulou-se a Tabela 1 abaixo.

Tabela 01: Respostas do Questionário

Nas escolas onde são realizadas visitas não são realizados questionários com perguntas, mas são feitas listas de frequência, para que os participantes das palestras ponham seus nomes e o curso que eles pretendem seguir depois do Ensino Médio. Analisando a lista, constatou-se que 63% dos alunos que escreveram na lista optarão por um curso de Ciências Exatas, 26% por um curso de Ciências Biológicas e 11% por um curso de Ciências Humanas.

## Conclusão

A educação no Brasil poderá vir a se tornar melhor mediante a iniciativas como essas. É incontestável que o ensino aliado à prática torna qualquer disciplina mais atrativa. Os resultados mostram que os alunos do Ensino Médio participantes das práticas absorveram o assunto com muita facilidade e que eles gostariam que práticas como essas fossem usadas em suas aulas. Mostram também que as visitas e palestras nas escolas têm trazido um número considerável de alunos para área de Ciências Exatas. Além destes, os alunos do Ensino Fundamental estão sendo preparados para que no Ensino Médio possam ter melhor desempenho escolar.

Portanto, os professores, precisam se habituar a essas novas metodologias de ensino, para que assim cativem cada vez mais os seus alunos. Deste modo, eles terão que aplicar as suas disciplinas de formas teóricas e práticas com o auxílio das práticas da Cultura Maker realizadas pelo Programa de Extensão Laboratório de Engenhocas. Muitas escolas pelo mundo estão mudando suas metodologias de ensino para tornar o ensino mais prático. Nesse contexto, o ensino do país não pode ficar atrás sem acompanhar essa revolução na educação. Já é vivenciado um atraso, e ações como estas são para amenizar esse problema do Brasil.

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## Referências

CNI. Só 44% dos alunos de engenharia da última década terminaram o curso. Disponível em: &lt;http://g1.globo.com/educacao/noticia/2013/07/so-44-dos-alunosde-engenharia-da-ultima-decada-terminaram-o-curso.html&gt; Acesso em: 05 jul. 2016.

FERREIRA, R. H. S, FONSECA, W. S, RODRIGUES, G. F. M. Sistema de Detecção e Monitoramento de Vazamento de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) e Outros. In: Feira Brasileira de Ciências e Engenharia, 2015, São Paulo. FEBRACE 2015, 2015.

G1. ENEM 2015: nota média cai em três das quatro áreas do conhecimento. Disponível em: &lt;http://g1.globo.com/educacao/enem/2015/noticia/2016/01/enem2015-nota-media-cai-em-tres-das-quatro-areas-do-conhecimento.html&gt; Acesso em: 22 jul. 2016.

HIRABAHASI, G, AMARAL, L, MAZUREK, L. P, MENGUE, L, TAVARES, V, ALEXSANDER, Y. O movimento Maker. Disponível em: &lt;http://infograficos.estadao.com.br/e/focas/movimento-maker/&gt; Acesso em: 05 jul. 2016.

LEITE, S.J, LIMA, R, FONSECA, W.S, MARCONDES, K. Aplicação do Arduino Para O Aprendizado De Conversões De Medidas. Anais: XLIII - Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia. São Paulo: UFABC, 2015.

MARCONDES, K. F, CAMPOS, A. D. S, LIMA, R. N. P, FONSECA, W.S. Introdução ao Arduino como forma de incentivo às Ciências Exatas e Naturais. Anais: XLIII - Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia. São Paulo: UFABC, 2015.

NCB. Instituto Newton C. Braga, Sensores ultrassônicos (MEC081). Disponível em:&lt;http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/3484-mec081&gt; Acesso em: 26 ago. 2016.

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