SOMADOR BINÁRIO: UM EXPERIMENTO PARA O ENSINO DE CIÊNCIAS EM MUSEUS

## SOMADOR BINÁRIO: UM EXPERIMENTO PARA O ENSINO DE CIÊNCIAS EM MUSEUS

## Guilherme Brilhante 1 , Michel Santos 2 , Adilmar Coelho 3 , Carlos Antonio 4 , Jonathan Rodrigues 5 , Eduardo Kojy 6

- 1 Universidade Federal de Uberlândia/ Instituto de Física, gui.brilhante@outlook.com
- 2 Universidade Federal de Uberlândia/ Instituto de Física, Miichelsx@gmail.com
- 3 Universidade Federal de Uberlândia/ Faculdade de Computação, aknehar@gmail.com
- 4 Universidade Federal de Uberlândia/ Instituto de Física, carlossilva\_junior@hotmail.com
- 5 Universidade Federal de Uberlândia/ Instituto de Física, jonarc06@gmail.com
- 6 Universidade Federal de Uberlândia/ Instituto de Física, ektakahashi@gmail.com

## Resumo

Os avanços tecnológicos proporcionam o aprimoramento e a elaboração de novas formas de ensino-aprendizagem, além de possibilitarem ampliar as metodologias para o desenvolvimento de produtos tecnológicos. Neste trabalho é apresentada a proposta e o desenvolvimento de um Somador Binário, atuando como um dos produtos tecnológicos utilizados no Museu Diversão com Ciência e Arte (DICA), na exposição de eletromagnetismo. Este experimento permite relacionar diversas áreas fundamentais para o desenvolvimento tecnológico, como por exemplo, Física, Computação e Matemática. Através de dispositivos eletrônicos, os visitantes do museu têm a oportunidade de aprender sobre o funcionamento da conversão de números binários para decimais, suas aplicações e importância para a tecnologia atual. Esse tipo de abordagem pode colaborar de maneira positiva para o processo de ensino e aprendizagem, não somente em Museus, mas em qualquer situação onde o ensino informal esteja presente, permitindo assim os visitantes conhecerem, interagirem e se aprofundarem com as tecnologias e conceitos relevantes e extremamente importantes em nosso cotidiano.

Palavras-chave : Arduino, Museus, Tecnologias Cognitivas.

## Introdução

Os avanços tecnológicos demandam uma aproximação dos professores com as tecnologias digitais (PRETTO, 2010). Com o desenvolvimento tecnológico atual, tornou-se simples encontrar disponíveis através da internet plataformas de aprendizagem, softwares de ensino, vídeo aulas, ambientes virtuais, sendo todas essas variáveis, derivadas da internet. Possibilitando assim que haja variações nos métodos de ensino, cabendo ao professor aproveitar tais meios para alavancar o aprendizado dos alunos, aprimorando e modificando suas metodologias de ensino.

A aplicação de Tecnologias Digitais no universo escolar, possibilita que ocorra uma inclusão pedagógica do aluno no ensino, oferece também ao estudante uma aproximação tecnológica da escola com um ensino de qualidade, e uma escola com inovações tecnológicas possibilita a inserção do aluno na inclusão digital. Em ensinos formais, tais tecnologias digitais possibilitam que ocorra o crescimento das interatividades. Esses avanços possibilitam aos docentes elaborar novos processos psicológicos sobre a aquisição de conhecimento por parte do aluno, fazendo parte da

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cultura escolar e modernizando a forma de ensino formal, caracterizada pelo tradicionalismo (SEEGER et al., 2012).

Mas o uso de tecnologias digitais não se restringe ao ensino formal, para que o ensino seja informal, basta que o conhecimento seja fruto de interações socioculturais e que exista alguém para ensinar o que sabe e alguém que queira aprender. Nos processos informais, o ensino e aprendizado são feitos de forma natural, e na maioria dos casos os estudantes não tem consciência desse processo, ese tipo de ensino é mais presente em lugares considerados 'informais', como museus, zoológicos, eventos culturais, artísticos. O uso de tecnologias digitais em locais de ensino informal se torna proveitoso e atrativo para alunos, visitantes, podendo despertar seu interesse e aproximar-se de seu cotidiano (GRUZMAN e HELENA, 2007).

No ensino de Física percebemos a predominância de aulas expositivas, caracterizadas por aulas com o uso de quadro e giz, o que às tornam limitadas. Os alunos conectados ao mundo tecnológico almejam cada dia mais, aulas que utilizam recursos presentes em seu cotidiano. Esses recursos tecnológicos tem a capacidade de motivar e inspirar as gerações atuais, mas atualmente eles se veem frustrados perante às aulas tradicionais, onde encontra-se limitada a sua interatividade, seu crescimento e o processo de ensino-aprendizagem, tornando-se aulas 'desconectadas' da realidade e entediantes (GASPAR, 2002).

A solução para problemas no ensino de física, depende de vários fatores, atualmente como método de solução, temos diversos softwares na web que permitem a reprodução de experimentos virtualmente. Como por exemplo, o PhET (PhET, 2018), ou laboratórios de experimentação remota, como o RExLab (RExLab, 2018). Em algumas cidades já encontramos museus de ciências, como o Museu Catavento, Museu de Ciência e Vida, Museu de Astronomia e Ciências, Museu de Diversão com Ciências e Artes, que permitem aos visitantes, curiosos e estudantes a interação física dos participantes com equipamentos que descrevem e representam experimentos físicos, químicos, biológicos e matemáticos. Tais opções se tornam meios para a exploração dos professores, visando aprimorar o ensino-aprendizagem e assim tornar as aulas atrativas através da inovação metodológica e da aproximação da tecnologia à realidade do estudante.

No ensino de física uma das formas de inserção da tecnologia nas aulas é o uso do Arduino, mostrado na Figura 1, uma placa de prototipagem de baixo custo, permitindo a criação de protótipos e projetos eletrônicos. O seu uso se tornou muito popular por causa de sua plataforma, open source , disseminando seu uso.

- O Arduino possui uma interface com um microcontrolador que pode ser programável pelo aplicativo próprio do Arduino, denominado IDE Integrated Development Environment (MARTIANAZZO, 2014), onde tal linguagem parece com a linguagem C++ (RODRIGUES e CUNHA, 2014). O Arduino pode ser programado para exercer funções especificas, como o controle de equipamentos eletrônicos, projetos robóticos, automação de equipamentos, permitindo inovações, aplicação e englobando diversas áreas do conhecimento.

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Figura 01 : Placa Arduino, utilizada no desenvolvimento do Somador Binário.

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## Justificativa

A tecnologia digital pode ser utilizada para aprimorar e inovar os métodos de ensino, tornando-os mais interativos e interessantes para as gerações atuais, despertando o interesse dos professores, estudantes e visitantes através da exploração do conhecimento por meio do ensino informal (GRUZMAN e HELENA, 2007).

O somador binário apresenta de forma simplificada os números binários, que atualmente é uma tecnologia amplamente utilizada, e se trabalhado por meio de desafios, pode ser até lúdico para o participante da exposição, instigando a curiosidade e ajudando na compreensão dos temas abordados. As sugestões de aprofundamento do conhecimento podem estar dispostas no próprio museu em forma de banners, panfletos e aplicativos.

O artefato também abre espaço para reflexões sobre como foram possíveis a evolução, a importância e a inter-relação tecnológica através da aplicação da matemática, física e computação de forma prática utilizando números binários, esses conceitos foram a base da computação e são utilizados atualmente em diversos aparelhos eletrônicos e sistemas elétricos, expondo assim a importância de cada área no produto tecnológico final.

## Objetivos

## Objetivo Geral:

- · Elucidar ao público-geral a importância dos números binários como base para os produtos tecnológicos presentes em nosso cotidiano.

## Objetivos específicos:

- · Inclusão de tecnologias para o ensino não formal;
- · Inclusão digital através de artefato tecnológico museal;
- · Proporcionar um ambiente interativo e dinâmico para o processo de ensino-aprendizagem em museus.

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## Metodologia

No caso do Somador Binário, a sua aplicação é voltada para museus de ciências onde nele podem ser trabalhados conceitos de física, matemática e computação, de forma interativa. Como mencionado anteriormente, o ensinoaprendizado acontece de forma natural (GRUZMAN e HELENA, 2007), no museu o visitante poderá interagir com o artefato, explorando seus conceitos matemáticos, físicos e computacionais fazendo correlações com outras áreas de ensino e com o contexto tecnológico atual. A aplicação ao museu foi elaborada para propiciar um contexto histórico da computação, onde é trabalhado os números binários, conversão de unidade, conceitos eletrônicos e elétricos de física e programação.

- O Somador binário ficará disponível na exposição de eletromagnetismo no Museu DICA, onde será explorada a importância do eletromagnetismo na tecnologia atual e o funcionamento das propriedades elétricas do somador binário. Esses conceitos serão trabalhados em conjunto com as três áreas do conhecimento, correlacionando-as afim de mostrar o desenvolvimento tecnológico ao longo dos últimos anos. Também serão apresentados alguns exemplos de aplicações de tecnologias relacionadas ao somador presentes no dia a dia, como por exemplo, ao digitar algum algoritmo nos computadores e em outros equipamentos eletrônicos, é feita a leitura do teclado ou letras escolhidas usando os números binários, ao acionarmos um teclado, 'liberamos' a passagem de corrente elétrica, tal acionamento é representado pelos números binários, essa representação é simbolizada pelo número 1.

Em conjunto com o somador binário, foram elaboradas algumas perguntas problematizadoras que tem como intuito principal desafiar o visitante do museu à explorar a tecnologia em todas as suas potencialidades, se divertindo e talvez aprendendo no processo, algumas dessas perguntas são:

'Você consegue fazer o número 17?'

'É possível fazer o número 0?'

'Existe um padrão entre os números da alavanca (1,2,4,8)?'

'É possível fazer qualquer número com o somador?'

As perguntas foram feitas com diversos níveis de dificuldade, com o objetivo de satisfazer públicos com diferentes níveis de escolaridade que podem visitar o museu.

## Resultados

O Somador Binário foi construído em uma pequena caixa personalizada, contendo 5 alavancas, 4 delas são responsáveis pelas escolhas dos valores binários, permitindo alterar entre 0 e 1, desligado ou ligado e uma para a execução da função soma. Sua constituição eletrônica é feita com um Arduino, nele foi elaborado o programa responsável por executar as equações matemáticas que permitem transformar números binários em decimais e realizar sua soma.

As chaves representam os valores 8, 4, 2, 1, respectivamente, como mostrado na Figura 2, cada uma delas tem duas posições, 0 e 1, com o acionamento da alavanca permitindo a passagem de corrente e alterando o valor no display.

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Figura 02: Somador Binário desenvolvido e suas respectivas alavancas.

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A conversão dos valores funcionam como números decimais, 8, 4, 2, 1 que correspondem as potencias 2 3 2 2 2 1 2 0 , quando acionamos as series de alavancas ela dará um valor em binário como exibido na Figura 3, onde as alavancas acionadas para baixo (em direção ao zero) correspondem ao número zero e as para cima correspondem ao número 1, e então o número decimal é apresentado no display, como na figura 3, onde o valor dado em binários corresponde a 0 0 1 1.

Figura 03: Numeral 3 gerado pela combinação das alavancas em binário.

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Usando esses valores, o programa em Arduino consegue converter a partir de uma função elaborada os valores para numerais em decimais e exibi-los no display, conforme exemplificado na Tabela 1, a partir da multiplicação do número da potencia pelo valor da alavanca e a soma dos númerais do resultado.

Tabela 01: Conversão do numeral 3 em decimal para binário.

O Resultado é obtido pela soma dos valores na Tabela 1, podemos ver isso através da equação (1.0);

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Como a equação 1 demonstra que os valores coincidiram com os apresentados na Figura 3. O Arduino não consegue converter de binário para decimal

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de forma direta, exigindo assim uma função que permita receber valores binário e converte-los para decimal, com intuito de disseminação do conhecimento colocaremos o programa desenvolvido à disposição para uso, alterações e reproduções pelo público em geral.

## Considerações finais

A aplicação do experimento desenvolvido será realizada em conjunto com a exposição de eletromagnetismo no Museu X, com o objetivo de alcançar um público maior. O artefato será trabalhado de forma conjunta envolvendo três tópicos, a computação, a física e a matemática, nele os conceitos trabalhados serão voltados aos estudantes do ensino médio, explorando o conceito de corrente alternada e suas aplicações nas tecnologias em geral.

O grande número de visitantes ao museu possibilitará sua aplicação, e seu tamanho possibilita o fácil manuseio pelos estudantes; o Somador Binário foi feito de forma que funcione com intuição, permitindo ao estudante a autonomia e o desenvolvimento exploratório, fazendo com que os estudantes descubram por si só como é o funcionamento dos números binários através das interações manuais e a lógica matemática.

## Referências

GASPAR, A. A educação formal e a educação informal em ciências. Massarani L., Moreira IC, Brito F. orgs, p. 171-183, 2002.

GRUZMAN, C.; HELENA, V. O papel educacional do Museu de Ciências: desafios e transformações conceituais. Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias, v. 6, n. 2, p. 402-423, 2007.

MARTINAZZO, C. A.; TRENTIN, D. S.; FERRARI, D.; PIAIA, M. M. Arduíno: uma tecnologia no Ensino de Física. 2014.

PHET. PhET: Interactive Simulations. 2018. Disponível em: &lt;https://phet.colorado.edu/&gt;. Acesso em: 15 jul. 2018. PRETTO, N. L.; RICCIO, N. C. R.. A formação continuada de professores

universitários e as tecnologias digitais. 2010.

REXLAB. RExLab - Laboratório de Experimentação Remota. 2018. Disponível em: &lt;https://rexlab.ufsc.br/&gt;. Acesso em: 15 jul. 2018.

RODRIGUES, R. F.; CUNHA, S. L. S. Arduino para físicos, Textos de Apoio ao Professor de Física, v. 25, n. 4, 2014. ISSN 1807-2763.

SEEGGER, V.; CANES, S.; GARCIA, C. A. X. Estratégias Tecnológicas na Prática Pedagógica. Revista Monografias Ambientais, v. 8, n. 8, p. 1887-1899, 2012.

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