O USO DA ROBÓTICA EDUCACIONAL NO ESTUDO DE CONCEITOS DE ELETRICIDADE.

## O USO DA ROBÓTICA EDUCACIONAL NO ESTUDO DE CONCEITOS DE ELETRICIDADE

## Murilo Lopes de Souza 1 , Marcionilio Teles de Oliveira Silva 2

- 1 Universidade Federal de Catalão - UFCat, Unidade Acadêmica Especial de Física, Departamento de Física, souza\_mls@hotmail.com
- 2 Universidade Federal de Catalão - UFCat, Unidade Acadêmica Especial de Física, Departamento de Física, mteles2009@gmail.com

## Resumo

Este trabalho aborda o ensino de conceitos físicos no campo da eletricidade através do uso da robótica educacional, uma pesquisa de Mestrado Profissional em Ensino de Física da Unidade Acadêmica Especial de Física da Universidade Federal de Catalão (outrora, Universidade Federal de Goiás, Regional Catalão). O estudo foi realizado na Escola SESI/SENAI Dr. Celso Charuri, uma escola da rede privada de ensino do Sistema 'S', no município de Aparecida de Goiânia, Goiás, tendo como participantes trinta e dois alunos do 3º ano do Ensino Médio Articulado com Educação Profissional a nível Técnico das turmas de Eletroeletrônica e Eletromecânica. O objetivo desta pesquisa é investigar as implicações da utilização da robótica educacional no ensino de conceitos físicos ligados à eletricidade, através do desenvolvimento de quatro atividades de prototipagem relacionadas aos temas de geração de energia elétrica por meio da energia eólica e solar, consumo de energia elétrica e associação de resistores. A pesquisa desenvolvida é de natureza qualitativa, abordando um estudo de caso. Para análise e coleta de dados, foram feitas observações, aplicação de um questionário prévio, desenvolvimento das atividades pedagógicas com a manipulação dos protótipos robóticos LEGO e um questionário final. Os resultados da pesquisa indicam que as atividades pedagógicas desenvolvidas com o uso da robótica educacional mostram-se potencialmente relevantes para o estudo do tema, pois os resultados obtidos apontam para uma aprendizagem de novos conceitos físicos relacionados ao tema eletricidade, modificando e acrescentando conceitos científicos fundamentais ao conhecimento prévio dos alunos.

Palavras-chave : Robótica Educacional, Energia Eólica, Energia Solar, Consumo de Energia Elétrica e Associação de Resistores.

## Introdução

O aprendizado da física no ensino básico é considerado pela maioria dos alunos como algo difícil, cansativo e que desperta pouco interesse. Essa desmotivação por parte da maioria dos alunos tem, entre inúmeras situações, o fato de que a maioria das aulas de física são conteudistas e ministradas, como já diria alguém, na base do 'cuspe e giz'. Aulas em que o professor é o protagonista do processo, ao explanar todo o conhecimento que possui, e o aluno um mero copista do referido assunto e praticante da arte de resolver listas de exercícios.

Segundo Rabelo (2013 apud Stoppa, 2015), na Escola Tradicional, as técnicas de ensino são meramente mecânicas. Essas escolas tidas como tradicionais são aquelas que adotam métodos de ensino onde a técnica predominante é a aula expositiva monológica, isto é, o conteúdo é explicado pelo professor, geralmente como ele vem apresentado nos livros didáticos, sem uma interação ativa do aluno. Nela, o aluno se torna passivo, tomador de notas, um mero memorizador. O professor é considerado o dono do saber. Na maioria das vezes, o aluno simplesmente assimila

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aquilo que é dito pelo professor e passa a ser um repetidor e aplicador das informações e fórmulas fornecidas pelo mesmo.

Segundo Santos (2006), a Física é uma Ciência de caráter experimental e que se apresenta com conceitos abstratos, que muitas vezes fogem da realidade dos estudantes. Quando estes conceitos são apresentados na metodologia unicamente verbal ou textual, costuma apresentar falhas no processo de ensino-aprendizagem.

Quando se trata de conceitos relacionados à eletricidade, como corrente e tensão elétricas, energia elétrica e as diversas formas de transformação de energia para obtenção desta, talvez essa dificuldade de aprendizado seja mais acentuada, haja vista a necessidade de abstração para absorção e compreensão de tais conceitos.

Existem hoje, na área de ensino de física, algumas ferramentas que são excelentes recursos didáticos para o ensino do tema eletricidade, tais como simuladores e atividades experimentais. A proposta aqui é trazer uma nova ferramenta para dinamização das aulas relacionadas a este tema. Dentre as ferramentas utilizadas no ensino de física, optou-se pelo uso da robótica educacional devido ao grande crescimento e adesão das instituições de ensino secundário pelo uso deste recurso tecnológico.

## Fundamentação

O estudo da física nasce necessariamente da observação dos fenômenos naturais. Ainda na Grécia antiga, este estudo alicerçava-se inicialmente na observação, para uma posterior explicação ou teoria que pudesse dar sentido a tal fenômeno. Mais tarde no séc. XVI, Galileu Galilei começa a dar sentido ao chamado método científico. Segundo a metodologia proposta por Galileu, a explicação de algum fenômeno físico, que parta apenas de uma observação, sem qualquer comprovação experimental, não pode ser considerada como verdadeira.

No entanto, esta perspectiva histórica de estudo da física, de investigar, experimentar, tem estado muito distante da realidade do ensino de física presente nas escolas secundárias. Por diversos motivos, essas aulas de ensino de física acabam por se resumir a explanação do conteúdo por parte do professor e a resolução de listas de exercícios por parte dos alunos. As aulas ministradas dessa forma, conforme discutido anteriormente na introdução, são aulas chamadas de tradicionais e, portanto, podem proporcionar ao aluno uma percepção errada do que é a física. Basta ao aluno lembrar a fórmula que o professor lhe apresentou e o conhecimento matemático para resolução daquela expressão. Pouco importa se o aluno compreende o significado físico daquela fórmula ou do resultado obtido.

Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNEM (1999), o ensino de física tem sido frequentemente realizado mediante a apresentação de fórmulas e leis, de forma desarticulada, distanciados do mundo real dos alunos e professores. Um ensino vazio de significados, que privilegia a abstração em detrimento da parte prática e exemplos concretos; e enfatizam a utilização de fórmulas, em situações artificiais, desvinculando-as de seu significado físico efetivo.

A teoria de Ausubel trata da aprendizagem cognitiva, apesar de reconhecer a importância da aprendizagem psicomotora e a afetiva. Essa teoria baseia-se na premissa de que existe uma estrutura cognitiva em cada indivíduo que está

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constantemente mudando. Assim, a aprendizagem é para Ausubel a integração e organização de informações nessa estrutura cognitiva.

De acordo com a Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel (1978 apud Moreira 2017), a aprendizagem só é significativa quando o novo conteúdo assimilado pelo aluno adquire algum significado a partir dos conhecimentos prévios que ele possui. Nessa perspectiva, se o conteúdo a ser aprendido pelo aluno não tiver algum vínculo com algo que ele já conheça, esse conteúdo pode ser esquecido facilmente, o que Ausubel vai chamar de aprendizagem mecânica.

Para Ausubel, o fator mais importante no processo de ensino-aprendizagem é aquilo que o aluno traz consigo, aquilo que ele já sabe. Basta ao professor conseguir identificar isso e em cima deste conhecimento ensiná-lo. Ausubel vai chamar esse conhecimento prévio que o aluno possui de subsunçor.

Outro fator de extrema relevância para o processo da aprendizagem significativa é a predisposição do aluno em aprender. De nada adianta o professor ter identificado os subsunçores ideais que o aluno possua e ter preparado um material potencialmente significativo para o ensino de determinado conceito, se o aluno não apresentar uma disposição favorável ao aprendizado.

A teoria da aprendizagem significativa crítica de Moreira pode ser considerada uma continuação da teoria da aprendizagem significativa de Ausubel. Partindo do princípio de que o aluno só aprende aquilo que quer, a chamada pré-disposição, ele começa a refletir em formas de provocar essa disposição do aluno em aprender o conceito proposto. Mais do que simplesmente pensar nessa motivação do aluno, ele passa a refletir sobre a importância que o novo conhecimento tem para o aluno e como fazer com que o mesmo perceba isto.

De acordo com Moreira (2017), é através da aprendizagem significativa crítica que o aluno poderá fazer parte de sua cultura e, ao mesmo tempo, não ser subjugado por ela, por seus ritos, mitos e ideologias. Nessa concepção, é necessário que o aluno seja mais que um agente passivo no processo de aprendizagem, precisando interagir com a atividade e aqueles que o rodeiam, para assim produzir mudanças e 'criar' o seu próprio conhecimento, um conhecimento científico, mas que tenha algum significado para o mesmo.

Oliveira e Ficher (2007) destacam a importância do uso das TICs (Tecnologias da Informação e Comunicação) no processo de ensino-aprendizagem, tornando o aluno um ser mais participativo do processo e a relação mais interativa e construtiva. Assim, pois, além do uso desses diversos artefatos tecnológicos de informação e comunicação, como computadores, softwares, simuladores, jogos e diversos objetos tecnológicos serem processos de comunicação mais dinâmicos e assim conseguirem prender a atenção do aluno mais facilmente, do que quando comparamos ao professor em sua frente falando, nestes processos o aluno não é apenas ouvinte, mas um agente ativo.

Sendo assim, o presente trabalho consiste em mostrar que o ensino de física através da robótica educacional pode fazer essa conexão, ou 'criar' essa ponte, entre a tecnologia que nos rodeia e esses conceitos de física, neste caso específico alguns conceitos relacionados à eletricidade. Além disso, mostrar que o processo de ensinoaprendizagem com uso da tecnologia, através da robótica educacional, pode tornar esse processo mais prazeroso e significativo.

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A prática da Robótica Educacional tem sua fundamentação teórica nas ideias construcionistas de Seymour Papert (1985 apud Fonseca, 2015). De acordo com a teoria construcionista de Papert, é necessário que o indivíduo se utilize dos diversos aparatos tecnológicos modernos que o cerca para, assim, comprovar e demonstrar, através da manipulação e construção, aquelas teorias a serem aprendidas. Para Papert, a montagem e a construção dos aparatos tecnológicos são fundamentais na construção do conhecimento cognitivo deste indivíduo cercado por estes dispositivos.

## Procedimento Metodológico

A natureza do desenvolvimento desta pesquisa é de cunho qualitativo, onde mais que expressar um resultado definitivo, a pesquisa revela diversas formas de interpretações, considerando as opiniões, argumentos e comentários dos indivíduos envolvidos no estudo de caso.

Segundo Moreira (2016), na pesquisa de cunho qualitativo, considera-se a relação existente entre o indivíduo e o mundo que o rodeia, de forma que é extremamente necessário e relevante considerar a interpretação e visão que o indivíduo possuí na construção da atividade, bem como sua interação com os outros indivíduos no decorrer da mesma.

A pesquisa foi realizada em um contexto escolar com aplicação e intervenção pedagógica diretamente na sala de aula, de forma a gerar um caminho alternativo para fugir do ensino tradicional de explanação de conteúdo por parte do professor e resolução de exercícios pelos alunos.

Participaram dessa pesquisa trinta e dois alunos das turmas dos terceiros anos dos cursos de Eletroeletrônica e Eletromecânica na modalidade de Ensino Médio Articulado a Educação Profissional, em nível técnico, não havendo distinção quanto ao sexo e a idade dos participantes estar entre 15 e 18 anos. A pesquisa foi realizada nos horários e turnos das aulas de Oficinas Tecnológicas e Física, durante quatro semanas, sendo dois encontros semanais de cem minutos cada, dividindo os alunos em grupos de quatro alunos por equipe. A mesma foi realizada na Escola SESI/SENAI Dr. Celso Charuri, escola privada do município de Aparecida de Goiânia (GO), instituição integrante da rede de educação do Sistema 'S', que concedeu o termo de concordância para realização da pesquisa, conforme documentos enviados ao CEPUFG.

Para melhor compreensão e interpretação das respostas dos alunos participantes da pesquisa, optou-se pela utilização de questões norteadoras. O desenvolvimento da pesquisa foi realizado com a utilização de um questionário prévio, aqui denominado Questionário 01, onde foram feitas sete perguntas relacionadas ao tema Eletricidade, a realização de quatro atividades pedagógicas com a montagem de protótipos robóticos e suas respectivas análises, e finalizada com aplicação de um último questionário, aqui denominado Questionário 02, onde os alunos responderam questões relacionadas ao tema, bem como opinaram sobre a proposta pedagógica adotada na atividade de ensino.

Existem hoje no mercado tecnológico diversas alternativas ligadas a ramo da robótica, tais como: LEGO Educacional, Modelix Robotics, Meccanoerc, Owikit, Open Source, entre outros. Entre as diversas tecnologias de robótica educacional existentes, optou-se pela LEGO Educacional inicialmente por ser a alternativa adotada na rede de ensino em que este pesquisador atua. Apesar de não existir uma pesquisa

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ou levantamento estatístico sobre qual o modelo de kit mais utilizado pelas instituições de ensino no estado de Goiás, pode-se inferir que a maioria das instituições de ensino básico no estado adotam também o material elaborado e desenvolvido pela LEGO, uma vez que na última temporada da OBR, das 68 equipes que competiram na etapa estadual, organizada pela UFG em setembro de 2017 na cidade de Goiânia, GO, apenas 4 equipes utilizaram outro tipo de controlador que não fosse LEGO. Este é o segundo motivo para utilização dos kits LEGO, nesta pesquisa, em detrimento as outras alternativas.

Vale destacar que, nesta proposta, não é que a instituição adquira os kits LEGO necessários apenas para realização das atividades que serão explicitadas, uma vez que é possível demostrar e trabalhar os conceitos físicos aqui abordados utilizando outras tecnologias que sejam financeiramente mais viáveis, mas propor uma alternativa a mais para os professores que atuam no ensino de física e tecnológico de exploração dos kits LEGO já existentes em sua instituição.

Para o desenvolvimento das atividades, foram elaboradas duas apostilas que orientam o desenvolvimento das quatro atividades pedagógicas de prototipagem (Energia Eólica, Energia Solar, Consumo de Energia Elétrica e Associação de Resistores), uma direcionada aos alunos e outra direcionada aos professores.

A apostila direcionada aos alunos, intitulada APOSTILA - ALUNO, traz para todas as atividades um texto introdutório que tem como finalidade contextualizar o tema para o aluno, sendo um importante recurso para que o mesmo entenda o porquê do estudo daquele tema e conceito, com aplicações bem atuais e cotidianas. Após o texto introdutório, é proposto ao aluno um tópico intitulado 'Mãos à obra!'. Como o próprio título propõe, aqui é o momento em que o aluno vai trabalhar, colocar a mão na massa. É o que Papert, segundo POCRIFKA (2009), vai chamar de aprender fazendo. O tópico que traz como título 'E agora?', propõe aos alunos alguns testes e em seguida alguns questionamentos, que terão como objetivo fazer com que eles relacionem as atividades desenvolvidas com conceitos estudados ou apresentados na teoria. O último tópico com o título 'Pra ficar fera!', propõe alguns desafios ou questionamentos que tem como finalidade fazer com que o aluno se aprofunde um pouco mais no tema abordado.

A apostila direcionada aos professores, intitulada APOSTILA - PROFESSOR, traz os mesmos tópicos da apostila do aluno, 'Mãos à obra!', 'E agora?' e 'Pra ficar fera!', com orientações sobre sua execução e possíveis repostas às perguntas. No lugar do texto introdutório, são feitas algumas orientações ao professor sobre a proposta daquela atividade, os conceitos físicos que podem ser trabalhados, os objetivos, bem como as habilidades e competências que se espera que o aluno adquira ao final da mesma.

Para montagem dos protótipos, foram utilizadas peças dos kits LEGO Mindstorms Education 9797 e LEGO Education 9688, conforme orientações no manual de montagem presente na APOSTILA - ALUNO.

## Análise dos Resultados

A Figura 01 apresenta os resultados obtidos na aplicação do Questionário 01 que, conforme mencionado no procedimento metodológico, tinha como objetivo fazer um levantamento prévio dos conhecimentos que os alunos participantes possuíam antes da aplicação das atividades pedagógicas de prototipagem. Observa-se que

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apenas a questão Q01 apresenta resultados satisfatórios, pois nesta os alunos deveriam elencar as formas de geração de energia elétrica que eles conheciam. A questão Q05, que apresenta 25% de questões com respostas coerentes com conceitos físicos, questionava os alunos sobre a possibilidade de um aparelho elétrico queimar quanto ligado em uma situação diferente da projetada. As outras questões do questionário, relacionadas ao tema consumo de energia elétrica e associação de resistores e dispositivos elétricos, apresentam um alto índice de respostas com explicações desconexas de conceitos físicos ou questões que simplesmente não foram respondidas.

Figura 01: Respostas as questões do Questionário 01.

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A aplicação das quatro atividades pedagógicas de prototipagem, mencionadas no procedimento metodológico, tinham como objetivo fazer com que os alunos aprendessem de forma mais significativa conceitos físicos relacionados ao processo de geração de energia elétrica, através da energia eólica e solar, consumo de energia elétrica e associação de resistores. Os textos introdutórios, testes e questões norteadoras presentes na APOSTILA - ALUNO tinham esta finalidade. De acordo com os resultados apresentados na Figura 02, na atividade Associação de Resistores, os alunos deveriam fazer as medições no circuito e comprovar se as características apresentadas na teoria condiziam com os resultados obtidos. Observase, neste caso, um exemplo de como promover através da atividade esta aprendizagem com significados para os alunos.

Figura 02: Resultados - grupo 01 no 2º Teste de Associação de Resistores.

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Os resultados obtidos na aplicação do Questionário 02, aplicado após a realização das atividades pedagógicas, apesentaram resultados interessantes, conforme apresentados na Figura 03.

Figura 03: Respostas as questões do Questionário 02.

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De acordo com os resultados apresentados na Figura 03, observa-se que houve uma evolução considerável em relação às respostas obtidas com a aplicação do Questionário 01 (Figura 01). A resposta obtida para a questão Q02 (Figuras 03 e 04), que trata do consumo de energia elétrica, é um exemplo que antes apresentou um índice muito preocupante (vide questão Q04 do Questionário 01), mas que agora percebe-se uma evolução relevante quanto a coerência das respostas.

Figura 04: Resposta do aluno 'AL' para segunda questão do Questionário 02.

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## Considerações Finais

Dentre as diversas formas de utilização dos recursos tecnológicos no ensino de Física, apresentadas na literatura, escolhemos a aplicação da robótica educacional haja vista a grande evolução que ela vem sofrendo em nossos dias e a possibilidade da integração dos conceitos físicos e matemáticos aliados ao desenvolvimento de características fundamentais ao ser humano, como o trabalho em equipe e outros enumerados anteriormente.

Quando se compara os resultados obtidos com a aplicação do Questionário 01 e com a aplicação do Questionário 02, após o desenvolvimento da atividade pedagógica, percebe-se que os alunos puderam desenvolver conceitos físicos e relações importantes no contexto escolar, que contribuíram de forma significativa para a aquisição de novos conhecimentos, não apenas teóricos, mas aplicados a diversas situações cotidianas desse indivíduo.

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Em alguns momentos nas aulas de aplicação da atividade pedagógica, podese ouvir alunos declarando que ' agora consigo entender o porquê daquela regra na associação de resistores '; ' as aulas de física assim ficam muito mais interessantes '; ' agora faz sentido aquele cálculo que aprendemos a fazer '. Essas afirmações contribuem de forma significativa para a compreensão da importância da atividade pedagógica com uso da robótica educacional, no sentido de trazer a teoria para a prática cotidiana do aluno.

Destaca-se, ainda, que três, dos trinta e dois alunos, afirmaram preferir aulas mais expositivas, chamadas de tradicionais, às aulas práticas de prototipagem, seja por não possuírem ' jeito ' com a parte de manipulação ou por entenderem que as aulas expositivas preparam melhor os alunos para as diversas avaliações que eles terão que enfrentar ao final do Ensino Médio. O que nos leva a refletir sobre o foco das avaliações rotineiras em nossas unidades escolares, quanto ao aprendizado dos temas da Física.

Podemos afirmar, através deste estudo de caso, que o uso da robótica educacional se constitui em uma promissora ferramenta para aprendizagem das teorias e conceitos físicos, trazendo a teoria para a prática cotidiana do aluno, bem como desenvolvendo características pessoais fundamentais exigidas no seu dia-a-dia e no concorrido mercado de trabalho que cerca esse indivíduo.

## Referências

BRASIL. Ministério da Educação (MEC), Secretaria de Educação Média e Tecnológica (SEMTEC). Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio. Brasília: MEC/ SEMTEC, 1999.

FONSECA, Adriano. Uma proposta de Sequência Didática para o ensino de Cinemática através da Robótica Educacional. Trabalho de Conclusão de Curso em nível Mestrado Profissional - Catalão, UFG, 2015.

MOREIRA, Marco Antônio; ROSA, Paulo. Pesquisa em Ensino: Métodos Qualitativos e Quantitativos, 2016. Disponível em &lt;www.if.ufrgs.br/~moreira &gt; acesso em 15/03/18.

MOREIRA, Marco Antônio. Teorias de Aprendizagem, São Paulo, E.P.U., 2017.

OLIVEIRA, E; FISHER, J. Tecnologia Na Aprendizagem: A informática como alternativa no processo de ensino. Revista de divulgação técnico-científica do ICPG Vol. 3 n. 10 - jan.-jun./2007.

POCRIFKA, Dagmar Heil; SANTOS, Taís Wojciechowski. Linguagem Logo e a Construção do Conhecimento. IX Congresso Nacional de Educação EDUCERE e III Encontro Sul Brasileiro de Psicopedagogia. PUCPR - 2009.

SANTOS, R. TICs uma tendência no ensino da matemática, 2006. Disponível em &lt;http://meuartigo.brasilescola.uol.com.br/educacao/tics-umatendencia-no-ensino-matematica.htm&gt; Acesso em 20/03/18.

STOPPA, Ana Paula. Robótica Educacional no Ensino de Física. Trabalho de Conclusão de Curso em nível Mestrado Profissional - Catalão, UFG, 2015.

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