A UTILIZAÇÃO DE FERRAMENTAS E OBJETOS TECNOLÓGICOS EM UMA PERSPECTIVA INVESTIGATIVA: ANÁLISE DE UMA OFICINA DE ROBÓTICA

## A UTILIZAÇÃO DE FERRAMENTAS E OBJETOS TECNOLÓGICOS EM UMA PERSPECTIVA INVESTIGATIVA: ANÁLISE DE UMA OFICINA DE ROBÓTICA

Sidnei Percia da Penha 1,2

1 UFRJ/Colégio de Aplicação da UFRJ

2 Mestrado Profissional em Ensino de Física/ sidnei.percia@if.ufrj.br

## Resumo

Uma dificuldade associada a elaboração de sequências didáticas investigativas, nas quais é necessário o uso de ferramentas e objetos tecnológicos durante uma investigação, é o modo como abordar estas especificidades técnicas. Ao elaborarmos uma sequência didática necessitamos selecionar e apresentar algumas características destes materiais tecnológicos para que os estudantes possam refletir e tomar decisões sobre como utilizá-los em sua investigação. O objetivo deste artigo é justamente identificar as características e estratégias de como podemos apresentar aos estudantes as informações técnicas necessárias para trabalharem com estas ferramentas e objetos tecnológicos dentro de uma abordagem de Ensino por Investigação. Com delineamento metodológico de pesquisa qualitativa serão analisadas as transcrições das vídeo-gravações bem como os materiais teóricos que foram produzidos para um curso de extensão destinado aos professores da Rede Pública do Estado do Rio de Janeiro sobre o uso de Robótica Educativa no ensino de Física. Das nossas análises emergiram um conjunto de categorias que estão relacionadas as etapas, procedimentos e formas de abordagem utilizadas para introduzir estes equipamentos/ferramentas nas atividades de sala de aula. Ao final apresentamos um resumo do que chamamos de 'Design de atividades de investigação mediada por objetos e/ou ferramentas tecnológicas complexas' composto das seguintes etapas: a)necessidade de planejamento prévio das atividades; b)necessidade de contextualização da ferramenta/objeto tecnológico; c)apresentação do seu objetivo e de suas estruturas básicas; d)apresentação das características do seu funcionamento; e e)os diferentes modos de proposição de atividades.

Palavras-chave : Robótica Educativa, Ensino por Investigação, Ferramentas Tecnológicas, Alfabetização Científica e Tecnológica.

## 1. Introdução

Uma das preocupações de educadores e professores comprometidos com os objetivos da Alfabetização Científica e Tecnológica dos Cidadãos é a proposição de sequências didáticas nas quais os estudantes possam atuar de modo ativo na investigação de aspectos científicos e sociais que envolvam o uso e apropriação da tecnologia em nossa sociedade. Deste modo, atividades previamente planejadas nas quais os estudantes necessitam manipular equipamentos e ferramentas tecnológicas durante uma investigação são desejáveis quando queremos promover a enculturação científica e tecnológica em nossas salas de aula (CAPECCHI; CARVALHO, 2006; SASSERON; CARVALHO, 2008; SASSERON, 2015).

Atividades relacionadas ao que vem sendo chamado de Robótica Educativa, são potencialmente ricas em possibilitar o envolvimento dos estudantes em atividades lúdicas que envolvam a resolução de desafios nos quais os estudantes devem trabalhar com componentes, ferramentas e materiais tecnológicos. Nestas

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atividades os estudantes realizam um trabalho de pesquisa colaborativa que vai desde a concepção e planejamento do projeto até sua montagem e controle. Estas atividades exigem o engajamento em negociações discursivas para formular e testar hipóteses, trabalhar com dados, consultar e construir gráficos e tabelas que são práticas epistêmicas essenciais para construção de sentidos e significados nas atividades de ensino por investigação (DRIVER et al.,1999; LEMKE, 1998; MORTIMER, 1996).

No entanto, para a realização destas atividades os estudantes utilizam equipamentos e ferramentas sofisticadas, que possuem códigos e linguagens próprias e exigem do seu manipulador o domínio de conhecimentos técnicos prévios. Um grande número de atividades que abordam temáticas deste tipo são guiadas por longos roteiros elaborados nos modelos de ensino tradicional no qual os estudantes são apenas espectadores de um longo e complexo receituário de códigos e informações técnicas (GASPAR, 2014; PENHA, 2015).

A hipótese inicial que conduziu nossa atuação é que, mesmo em situação de aprendizagem onde são necessários um conhecimento técnico especializado, é possível estabelecer condições mínimas que possibilitem uma autonomia aos estudantes em seus trabalhos de investigação. Nosso objetivo neste artigo é identificar algumas características que devem possuir sequências investigativas que utilizam materiais e ferramentas tecnológicas complexas durante sua investigação.

Os dados desta pesquisa são as transcrições das vídeo-gravações de um curso de extensão para professores da rede pública do Rio de Janeiro. De nossas análises emergiram categorias relacionadas aos procedimentos e estratégias que respondem nossa questão de pesquisa. Ao final é apresentado um resumo de nossas análises com a proposição de um 'Design de atividades de investigação mediada por objetos e/ou ferramentas tecnológicas complexas'.

## 2. Como abordar as especificidades técnicas de materiais e ferramentas em uma perspectiva investigativa.

Uma interpretação ingênua relacionada ao uso de abordagens ativas que utilizam práticas experimentais está relacionada ao significado dado, tanto para a atividade experimental como para o papel que o professor ocupa na sua realização. Em parte, algumas críticas direcionadas a abordagem investigativa estão alicerçadas em uma simplificação grosseira de que, através da manipulação direta dos objetos durante uma atividade experimental, os estudantes seriam capazes de 'reconstruir' ou 'remontar' a 'descoberta' de uma teoria científica (GASPAR, 2014).

Ao sintetizar as principais características da abordagem construtivista do final do século passado, Mortimer (1996, p.21) destaca dois aspectos consensuais: o envolvimento ativo dos estudantes na construção do conhecimento e o papel de suas concepções prévias. Nesta nova perspectiva o conhecimento científico era considerado como uma construção humana, desenvolvida por uma comunidade científica para interpretar a natureza e portanto está permeado de entidades simbólicas que são utilizadas para sua representação (DRIVER et al.,1999). Olhar o conhecimento científico nesta perspectiva significa identificá-lo como um conjunto de entidades simbólicas e ferramentas teóricas e conceituais que são compartilhadas por uma comunidade de científica.

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Esta nova perspectiva muda significativamente tanto o papel desempenhado pelas atividades experimentais quanto a forma de ver a interação entre os sujeitos e os objetos e ferramentas de uma pesquisa. O papel do professor não é mais simplesmente organizar os processos pelos quais os estudantes geram significados sobre o mundo natural, eles necessitam atuar como mediadores, ajudando os estudantes a se apropriarem deste novo conjunto simbólico. Esta visão coloca mais ênfase sobre o papel do professor como alguém que pode ser modelo para os estudantes.

Tendo por base as pesquisas realizadas em salas de aula de ciências, Lemke (1998) afirma ter encontrado uma nova perspectiva que denominou de semiótica social e, segundo ele, está relacionada a sequência de coisas que dizemos, diagramas e equações que utilizamos e experimentos que realizamos nas nossas salas de aula. Assim, a semiótica social é entendida como a forma que fazemos o significado destes recursos e sistemas de palavras, símbolos e ações ao nos apropriarmos destes signos como membros de uma comunidade que os utiliza de uma forma característica.

Esta modificação da visão sobre a aprendizagem científica, segundo Lemke (1998), foi desencadeada também por minuciosos trabalhos etnográficos do cotidiano dos laboratórios científicos realizados por sociólogos das ciências. Um destes trabalhos, que acreditamos ser de especial interesse quando o objetivo é entender como as ferramentas e instrumentos tecnológicos são utilizados em uma atividade de investigação, é a obra de Latour e Woolgar (1997) intitulada 'A vida de Laboratório'. Nesta pesquisa, os autores descrevem vários dos aspectos do que hoje chamamos de Cultura Científica. Um destes aspectos é o destaque dado ao papel de 'primeiríssima importância' que adquire os equipamentos e ferramentas destinados a produzir as 'inscrições'. Os autores denominam de 'inscritores' aos sofisticados equipamentos e montagens com combinações de aparelhos empregados nos registros que servirão para análise dos cientistas. Latour e Woolgar (op. cit) destacam ainda que, após os cientistas terem acesso aos resultados finais, sua atenção passa a se concentrar nos esquemas e figuras, enquanto são esquecidos os procedimentos que foram necessários para obtenção destes dados. Este 'esquecimento' é apresentado pelo autor como uma propriedade relacionada a utilização destes inscritores. Capecchi e Carvalho (2006) destacam que devemos estar preocupados em levar para a sala de aula atividades e procedimentos nos quais os estudantes possam utilizar estes inscritores, com os quais possam coletar e analisar dados que seriam inacessíveis sem a mediação destes equipamentos.

## 3. Ensino de Robótica em uma perspectiva investigativa

As atividades que envolvem planejamento, montagem e/ou produção de protótipos robóticos são ricas em possibilitar aos estudantes o trabalho com entidades simbólicas tecnocientíficos de nossa sociedade. Nelas os estudantes se envolvem em atividades que exigem conhecimentos técnicos, códigos de linguagem, uso de ferramentas/aparelhos tecnológicos além do envolvimento em atividades dialógicas de negociação/argumentação com seus pares e seu professor.

Assim, criar um ambiente deste tipo significa possibilitar aos estudantes ingressarem em uma comunidade cultural que reúne significados do campo científico, técnico e computacional. Isto implica na necessidade de compartilhar com eles alguns elementos simbólicos culturais específicos desta comunidade.

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A Robótica Educativa tem sido utilizada, há várias décadas, como ferramenta de aprendizagem. Lopes (2010) define Robótica Educativa como um conjunto de recursos para o aprendizado tecnocientífico, que utiliza atividades como design, construção e programação. Já D'Abreu (2012) destaca o processo interativo, conciliatório, entre o concreto e o abstrato em atividades que envolvem etapas de concepção, implementação, construção, automação e controle.

De modo geral, os estudantes são organizados em pequenos grupos que interagem com componentes, ferramentas e equipamentos tecnológicos. Esta forma de organização potencializa o surgimento tanto dos aspectos individuais quanto dos aspectos sociais da aprendizagem. No campo individual, o desejável conflito cognitivo com os objetos e ferramentas encontra suporte pedagógico em Piaget. No campo social, a conferência de significados permeada pelo uso das diferentes semióticas e interações dialógicas nas quais os indivíduos são introduzidos em uma cultura por seus membros mais experientes, pressupostos teóricos do sóciointeracionismo Vigotiskiano. (DRIVER et al., 1999, Carvalho, 2013)

## 4. Dados e Metodologia da Pesquisa

Com delineamento metodológico de pesquisa qualitativa analisamos um curso de extensão realizado entre os meses de setembro a dezembro de 2017 com 20 participantes (16 professores e 4 professoras) oriundos das redes públicas Federal e Estadual do Rio de Janeiro. Este curso faz parte de um projeto de pesquisa desenvolvido no Laboratório Didático de Ensino de Física do Colégio de Aplicação da UFRJ (LaDEF) que congrega atividades de ensino, pesquisa e extensão e envolve a participação de estudantes do nível médio, graduandos do Instituído de Física e orientandos do Mestrado. Os dados desta pesquisa foram as transcrições das vídeo-gravações das atividades deste curso e os materiais teóricos apostilados distribuídos aos participantes. A metodologia utilizada para coleta de dados que envolveu filmagem, transcrição e seleção dos episódios seguiram as recomendações de Carvalho (2007) relacionadas a forma de inserção e posicionamento da câmara de filmagem e a identificação dos 'episódios de ensino' que estivessem relacionados a apresentação e/ou utilização de objetos/instrumentos tecnológicos que seriam utilizados para realização das atividades. Da análise destes episódios selecionados emergiram categorias relacionadas ao modo como estes objetos e ferramentas tecnológicas são apresentados pelos professores e utilizados pelos estudantes durante a realização das atividades.

## 5. Análise e resultados do projeto

Na apresentação deste recorte de pesquisa nossa opção será apresentar de imediato uma síntese das categorias que emergiram de nossas análises. Nossa intenção é possibilitar ao leitor uma visão global imediata destas categorias. As justificativas deste 'design' serão ilustradas na secção seguinte com exemplos extraídos de nossos dados de pesquisa.

## Design de atividades de investigação mediada por objetos e/ou ferramentas tecnológicas complexas

- 1º)  Planejamento prévio dos procedimentos e materiais da atividade
- 2º)  Elaboração de contexto para utilização do equipamento/ferramenta
- 3º)  Apresentação do equipamento/ferramenta: do seu layout, do seu objetivo e das

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## 5.1. Elaboração de um Design para as atividades de investigação mediada por objetos e/ou ferramentas tecnológicas complexas

## 1. Planejamento prévio dos procedimentos e materiais da atividade

Esta etapa está alicerçada em dois aspectos: a) quem será o público-alvo da atividade e b) quais os conhecimentos prévios que possuem. Isto é fundamental para elaborar um planejamento prévio das atividades e dos materiais necessários.

3:48

Professor: ...como é que você trabalha com o cara que de repente não tem [não entende] nada de circuito, nosso trabalho aqui não é com os estudantes do terceiro ano que já estudaram eletricidade, [...] então, qual é a base que eu vou dar para esse cara que nunca estudou eletricidade trabalhar, para ele não trabalhar com uma caixa preta sem saber exatamente o que ele está fazendo.

O professor apresenta a necessidade de elaborarmos estratégias que possam criar algum grau de autonomia para que os estudantes, mesmo sem grandes conhecimentos iniciais, possam ter uma participação ativa nas atividades de investigação. Um exemplo desta organização prévia foram as escolhas para abordagem das características dos circuitos elétricos:

35:10 Professor: você faz o seguinte: Você tira tudo que tem na bandeja que você sabe o que é, diz o que você sabe e o que é, e deixa na bandeja aquilo que você não sabe o que é ou para que serve. E depois a gente faz uma rodada entre os grupos [...]

Este procedimento tem o objetivo de fazer da sala de aula um espaço de socialização do conhecimento prévio dos estudantes. O professor atua como representante experiente da cultura científico-tecnológica disponibilizando no plano social da sala estas novas ferramentas e símbolos culturais (DRIVER et al.,1999).

## 2. Elaboração de um contexto para utilização do equipamento / ferramenta

Ao justificar o uso de multímetros, o professor procura ao mesmo tempo, mostrar a necessidade de medir utilizando instrumentos tecnológicos e destacar que para isso não é necessário o conhecimento dos seus componentes internos.

3:21:15 Professor: ... na mecânica você vê o carrinho se movendo, vai lá com a fita métrica e mede [...]o tempo você mede com cronômetro né[…]...ninguém pergunta por exemplo como é que o funciona um relógio por dentro, [...]... a gente aprende a medir hora porque alguém ensina pra gente

Deste modo o professor sintetiza um importante aspecto: Será necessário a utilização de instrumentos complexos para efetuar medidas elétricas e que não será necessário para isso entendermos todo o mecanismo interno destes instrumentos.

## 3. Apresentação do equipamento/ferramenta: do seu layout, do seu objetivo e das estruturas básicas de seu funcionamento

No final da Oficina I de Robótica os estudantes montaram diversos circuitos com LEDs ligados por botões. Já na Oficina II, terão que utilizar inicialmente a placa Arduino que é basicamente um microprocessador conectado a um computador e que será empregada para controlar e comandar a funções dos protótipos robóticos.

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Ao apresentar o equipamento para os estudantes, o professor procura destacar o principal objetivo de sua aplicação.

- 4:14 Professor: esta placa só faz uma coisa: apertar botão. Em vez da gente apertar botão a gente manda ela [...]. Na verdade o que ela faz é Ligar, acionar, não acionar, fazer uma coisa acontecer[..]

Em seguida faz uma apresentação mais formal, destacando alguns aspectos e características do objeto, utiliza uma linguagem mais sofisticada e aceita pela comunidade que trabalha e utiliza estes componentes.

- 8:40 Professor: Essa é a placa Arduino [mostra a placa] ela é exatamente a interface do computador… com o nosso Hardware [...] O Arduino é uma plataforma eletrônica criada na Itália para ser utilizada como plataforma de prototipagem eletrônica. O projeto italiano foi iniciado em 2005 ele tinha[...]

## 4. Apresentação das características fundamentais e formas de utilização e funcionamento.

Caberá ao professor a comunicação e iniciação dos estudantes dentro da cultura técnico-científica. É o professor quem faz as escolhas de como socializar aspectos técnicos e códigos para estes novos equipamentos e ferramentas.

12:30

Professor: [Lendo da projeção] Ela é uma placa microcontroladora, uma linguagem de programação [...] e suporte para entrada e saída de dados e sinais. Então aqui [aponta para uma parte da figura] está a entrada USB, [...] aqui a gente tem aqueles pinos de 5 volts de 3 volts, aqui tem os dois graus, aqui a gente tem os pinos analógicos, [...] aqui são os pinos digitais.

Na continuação o professor estabelece que a base de seu funcionamento será realizada por uma linguagem de programação e de como os estudantes serão responsáveis pelas escolhas das ações da placa.

- 14:52 [...] O programador é com um professor [...]vai ter que explicar tudo que ele quer que faça: eu quero que você ligue o botão verde agora, aí ele liga, eu quero que você espere tanto tempo,

Professor: [...] se tiver alguma coisa errada é porque você tá dizendo que tem que fazer errado.

Na etapa seguinte, o professor inicia a apresentação da sintaxe que será utilizada para programar a placa.

18:15

Professor: Vamos pegar a primeira delas: função 'setup' é esta aqui ó [aponta para a projeção]. Observa que depois da função setup ela abre uma chave aqui e ela fecha aqui. Tudo que você colocar aqui vai ficar dentro do setup. Esta função indica quais os pinos que utilizaremos em nossos projetos e se eles serão pinos de entrada ou de saída de dados.

Ainda com o objetivo de estabelecer algumas das principais características e formas de uso, o professor inicia uma construção partindo daquilo que os estudantes já conhecem e estabelece uma abordagem, na qual os estudantes possam adquirir uma crescente autonomia no manuseio destas ferramentas.

## 5. Modos de proposição das atividades que envolvam o uso de ferramentas e/ou materiais tecnológicos

Em nossas análises tanto dos materiais teóricos quanto das transições das atividades que foram realizadas nestas Oficinas, emergiram 3 subcategorias relacionadas a forma como são propostas atividades que envolvam a utilização de materiais e ferramentas tecnológicas. Devido ao limite da extensão deste artigo nos restringiremos a fazer uma descrição sucinta dos objetivos e finalidades de cada uma destas subcategorias procurando destacar suas principais propriedades.

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Quadro 01: Modos de proposição de atividades que envolvam o uso de ferramentas e/ou materiais tecnológicos

Assim estas diferentes formas de proposição de atividades vão sendo utilizadas como organizadoras da sequência didática, cumprindo a função de selecionar e ordenar o recorte das especificidades técnicas que serão abordadas, dos novos equipamentos que serão utilizados e dos comandos e linguagem que serão apresentados. Este tipo de ordenação possibilita a atuação ativa e uma crescente autonomia da atuação dos estudantes, que fazem uso dos conhecimentos prévios já internalizados como suporte para as necessárias negociações que resultarão na construção e consequente internalização de novos conceitos e significados.

Outra característica que emergiu dos dados em todas estas formas de proposição de atividade é o uso de uma abordagem dialógica, que solicita a participação dos estudantes nas decisões de como proceder para realização das atividades propostas.

Assim este sequenciamento de formas de proposição de atividade que vai, via de regra, em uma crescente no grau de complexidade e liberdade de atuação cumpre a dupla função de propiciar, por um lado a internalização dos códigos destas novas ferramentas tecnológicas que foram estabelecidas (DRIVER et al., 1999, Carvalho, 2013) e por outro lado de potencializar o surgimento do fenômeno da transparência das ferramentas proposto por Latour e Woolgar (1997).

## 5. Considerações finais

Neste trabalho, tivemos por objetivo identificar algumas características e estratégias de abordagem utilizadas quando desejamos inserir objetos/ferramentas tecnológicas que exigem dos nossos estudantes habilidades técnicas específicas para o seu manuseio.

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As etapas descritas neste 'Design' contendo sugestão de sequenciamento de atividades e procedimentos estão sendo utilizadas em nosso grupo de pesquisa como referencial para proposição de novas sequências didáticas que fazem uso de objetos e ferramentas tecnológicas complexas. Assim acreditamos que o resultado de nossas pesquisas possam também auxiliar aos professores e pesquisadores da área no trabalho de elaboração de novas atividades que abordam esta temática.

## Referências

CAPECCHI, M. C. V. M.; CARVALHO, A. M. P. Atividade de laboratório como instrumento para a abordagem de aspectos da cultura científica em sala de aula. Proposições, Campinas - SP., v.17, n.1, p. 137-153, 2006.

CARVALHO, A. M. P. Uma metodologia de pesquisa para estudar os processos de ensino e aprendizagem em salas de aula. In: SANTOS, F. M. T.; GREGA, I. M (org). A Pesquisa em Ensino de Ciências no Brasil e suas Metodologias. Ijuí: Ed. Unijuí, 2007. p.13-48.

CARVALHO, A. M. P. O ensino de ciências e a proposição de sequências de ensino investigativas. In: Carvalho, A. M. P.(ed) Ensino de ciências por investigação: condições para implementação em sala de aula. São Paulo: Cengage Learning, p.120, 2013.

D'ABREU, J. V. V.; RAMOS, J. J. G.; MIRISOLA, L. G. B.; BERNARDI, N. Robótica Educativa/Pedagógica na Era Digital. In: II Congresso Internacional TIC e Educação, 2012, Lisboa. Atas do II Congresso Internacional TIC e Educação. Lisboa: Instituto de Educação da Universidade de Lisboa, 2012. v. 01. p. 2449-2465.

DRIVER, R.; ASOKO, H.; LEACH, E.; MORTIMER, E.; SCOTT, P. Construindo conhecimento científico na sala de aula. Química Nova na Escola, São Paulo, s/v, n. 9, p. 31-40, 1999.

GASPAR, A. Atividades Experimentais no Ensino de Física: uma nova visão baseado na teoria de Vygotsky. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2014.

LATOUR, B.; WOOLGAR, S. A Vida de Laboratório - A produção dos fatos científicos, Relume-Dalmará, 1997.

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LOPES, D. Q. Brincando com Robôs: desenhando problemas e inventando porquês. Santa Cruz do Sul, RS, Edunisc, 2010, p.115.

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SASSERON, L. H.; CARVALHO, A. M. P. Almejando a alfabetização científica no ensino fundamental: a proposição e a procura de indicadores do processo. Investigações para o ensino de ciências, v.13, n.3, pp.333-352, 2008.

SASSERON, L. H. Alfabetização Científica, Ensino por Investigação e Argumentação: relações entre ciências da natureza e escola. Ensaio: Pesquisa em Educação em Ciências (Online), v. 17, p. 49-67, 2015.

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