A FÍSICA NO LABORATÓRIO DE ROBÓTICA LIVRE

## A FÍSICA NO LABORATÓRIO DE ROBÓTICA LIVRE

## Douglas Edson Schereiber 1 , Denise Jacqueline Schereiber 2

1 UFSC - Araranguá, schereiber@gmail.com 2 UFSC - Araranguá, djschereiber@gmail.com

## Resumo

No contexto atual, que o acesso à informação e aparelhos tecnológicos estão ao alcance de todos, ficando cada vez mais presentes no cotidiano das pessoas juntamente com os avanços diários das inovações, torna-se necessário planejar práticas pedagógicas contextualizadas com a realidade dos discentes, principalmente nas aulas de Física, visto que esses acreditam que o que estão estudando não faz parte do seu cotidiano nem de seu mundo, mas sim de um 'mundo isolado'. O trabalho aqui proposto tem como objetivo sugerir a utilização das aulas de robótica livre, no contexto do ensino de Física, com a construção de protótipos automatizados utilizando Arduino, que são construídos pelos alunos conforme seus interesses para amostras científicas que ocorrem anualmente. O envolvimento com a robótica visa desenvolver habilidades que aprimorem a autonomia, o raciocínio lógico, o trabalho cooperativo baseado em aprendizagem significativa. A avaliação dos alunos é realizada de forma qualitativa, pois o envolvimento na construção dos protótipos consiste em compreender o funcionamento do mesmo, levando o estudante a um melhor envolvimento com o ato de estudar e com a escola.

Palavras-chave : Robótica Livre, Ensino de Física, Construção do Aprendizado

## Introdução

A utilização da robótica na educação contribui para a motivação do aluno, proporcionando o desenvolvimento de importantes habilidades, como: autonomia, raciocínio lógico e trabalho cooperativo. Auxilia na transformação do processo tradicional de ensino, onde o aluno atua de forma passiva, aguardando a transmissão do conhecimento por parte do professor. O professor mediador, por sua vez, consegue verificar a evolução dos alunos no processo de aprendizagem significativa, motivando-os no desenvolvimento da tarefa. Segundo Pinto (2011, p. 40) a utilização da robótica contribui positivamente no processo de aprendizagem dos alunos, no tocante estudo de ciências:

[...] Nesse processo, os alunos interagem, trocam ideias, testam hipóteses construindo e desconstruindo seus protótipos em busca da solução ao problema apresentado. Com isto se socializam, [...]. Nas discussões com seus colegas e com o professor, os alunos também desenvolvem a maneira de comunicar e expressar suas ideias e opiniões sobre o trabalho desenvolvido. Assim, o desenvolvimento da oralidade e da escrita, o contexto no qual o trabalho é proposto (social, econômico, político, etc.) e os aspectos tecnológicos envolvidos na construção das maquetes ou dispositivos robóticos, possibilitam a interdisciplinaridade com a integração

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dos diversos componentes curriculares nas atividades didáticas com robótica educacional. O aprendizado na área de Ciências, principalmente no tocante ao estudo da Física, é estimulado com a robótica educacional uma vez que, no processo de construção das maquetes ou robôs, os alunos se deparam com uma variedade de materiais e objetos, [...].

As aulas de robótica visam o desenvolvimento de um produto, sendo o aluno o projetista desse, para a participação de amostras científicas e nos mais diversos eventos de robótica. Sempre surgem novos desafios aos alunos, tanto em protótipos de acessibilidade para o cotidiano, quanto em conseguir realizar atividades automatizadas. Assim, durante as aulas, os alunos se envolvem em todas as etapas (da fundamentação teórica a execução) do desenvolvimento do produto para que esses consigam realizar as missões predestinadas. Aproveitar o entusiasmo dos alunos em querer aprender é de suma importância para a introdução de conceitos de força, torque, atrito, roldanas, elétrica, matemática, entre vários outros conhecimentos que são construídos durante a elaboração dos projetos, que normalmente são estudados de maneira convencional (somente com aulas expositivas). O planejamento é importante e visa diminuir o número de erros envolvidos na execução do projeto, evitando inclusive a danificação de peças devido à má adequação de componentes eletrônicos ao protótipo. Ao entender como calcular e utilizar esses componentes, os alunos ficam curiosos, querendo colocar em práticas os novos conhecimentos, pois:

A ênfase estaria em despertar no estudante curiosidades e espírito inquisitivo que, aliado a algum gosto pelo assunto, o motivará a procurar tratamento mais aprofundado e mais rigoroso. Naturalmente, esse tratamento será apresentado em escalas de rigor, que por sua vez estimularão tratamentos ainda mais profundos e ainda mais rigorosos. (D'AMBROSIO, 1986, p. 23).

Neste projeto, especificamente, as aulas de Robótica são facultativas, e estas possuem alto índice de adesão, mostrando que os alunos frequentam as aulas por livre interesse. Discussões teóricas e práticas são debatidas durante as aulas, as quais são novamente abordadas na semana subsequente, após realização de tarefa que visa incentivar a busca de subsídios teóricos, por parte dos alunos, amparando as conclusões a serem realizadas. Os debates frequentes envolvendo programação, planejamento, funcionamento de baterias, uso de resistores, montagem de componentes eletrônicos e como o protótipo vai alcançar o objetivo.

O projeto de Robótica é desenvolvido na cidade de Cachoeirinha/RS que é situada na região metropolitana de Porto Alegre, em uma escola estadual de pequeno porte, com alunos de classe média, baixa e carentes. A escola é estruturada com auditório, biblioteca, refeitório, laboratório de ciências e de informática com acesso à internet, onde ocorrem as oficinas de robótica. Os materiais para o projeto são oriundos de doações, rifas organizadas pelos alunos e colaboração da escola. Ele atinge um total de 40 alunos distribuídos em todas as turmas do Ensino Médio e turmas de 7º, 8º e 9º ano do ensino fundamental.

Os diálogos que ocorrem durante as aulas, mostram o trabalho em equipe, possibilitando aos alunos que já dominam os conceitos interagir com os outros expondo o que já aprenderam e o docente ocupa o papel de orientador das discussões. Este processo é salutar, pois mostra a construção do conhecimento de forma significativa e em equipe, além de evidenciar a interdisciplinaridade entre aulas de Robótica e Física. Estes avanços educacionais seriam por vezes demorados se realizados por meio da metodologia tradicional, apesar de ressaltar a

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importância de intervenção do docente, em temas que exijam experiência e conhecimento aprofundado acerca do assunto. A importância de diversificar a metodologia de ensino desenvolvendo conceitos de Física nas aulas de robótica contribui para a formação do conhecimento dos alunos. A relação existente entre Física e robótica abordada no desenvolvimento do projeto traz à tona o conceito de 'competência crítica', no qual leva o aluno a 'visualizar' o conhecimento desenvolvido nas aulas como algo que compõe a sua realidade, o tornando capaz de tomar decisões, pois:

O conceito de competência crítica enfatiza que os estudantes devem estar envolvidos no controle do processo educacional. Ambos, estudante e professor, devem estabelecer uma distância crítica do conteúdo da educação: os princípios aparentemente objetivos e neutros para a construção do currículo devem ser investigados e avaliados. (SKOVSMOSE, 2004, p. 38).

Entendendo a relevância do trabalho não só pelo exposto, mas também por benefícios que a inserção da robótica traz para o ensino da Física, tais como: Desenvolvimento da percepção motora e visual, raciocínio lógico, autonomia e melhora na autoestima, este projeto visa contribuir para proporcionar ao aluno, ferramentas visando torná-lo um cidadão mais crítico e habilidoso, a fim de atuar positivamente na sociedade em que vive.

## Objetivo

O objetivo deste grupo é que o aluno além de colocar em prática os projetos que são desenvolvidos nas aulas de robótica, consiga visualizar a utilização da Física no cotidiano, contribuindo para o aumento do interesse pela pesquisa e investigação científica, para que consiga construir seu próprio aprendizado a partir dos seus conhecimentos prévios, para assim adquirir conhecimento significativo.

Figura 1: Alunos da robótica março de 2018, Fonte: Autor

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Conforme a figura 1 os alunos estão utilizando os conhecimentos prévios, para montagem do seu protótipo, tendo que conseguir calcular a quantidade de torque, para que o carrinho consiga subir uma rampa em um dos desafios, não podendo ser muito rápido, para que não perca o controle.

## Avaliação

- O grupo de robótica em questão possui participação facultativa, é diversificado em faixa etária, possuindo alunos de turmas do ensino fundamental e médio da escola. A forma encontrada e considerada adequada para a avaliação é a construção de mapas conceituais, onde em cada aula os alunos constroem um novo mapa. O docente deve estar atendo a análise destes mapas, a fim de detectar problemas e corrigi-los, se necessário, pois conforme Moreira:

Mas o mapa destaca o conhecimento prévio como condição porque, para Ausubel, se fosse possível isolar uma variável como a que mais influencia a aprendizagem, esta seria o conhecimento prévio do aprendiz . Em outras palavras, aprendemos a partir do que já sabemos. Os conceitos que já adquirimos, os esquemas de assimilação que já construímos, nossos construtos pessoais, enfim, nossa estrutura cognitiva prévia é o fator isolado que mais influencia a aprendizagem significativa de novos conhecimentos. (MOREIRA, ANO 2013, p.4).

É importante ressaltar que neste projeto, os mapas servem de guia de avaliação do conhecimento, uma vez que não se trabalha com a atribuição de notas, isso torna o aprendizado significativo, pois os alunos fazem os mapas de forma espontânea sem o medo de serem avaliados por uma nota.

## Metodologia

Este trabalho é realizado em um grupo de robótica e pode ser replicado em outros grupos em escolas que possuam infraestrutura mínima para o desenvolvimento do projeto.

- O docente deve orientar os alunos, quanto à pesquisa sobre os componentes eletrônicos que necessitam para construção de seus protótipos, relacionando-os com os conceitos de Física, além de outros materiais a serem utilizados, tais como: rodas, engrenagens, motores, materiais adquiridos expostamente pelos alunos.

Figura 2. Debates nos grupos. Fonte: Autor

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Conforme a figura 2 o debate para poder construir o projeto é peça fundamental para o aprendizado, sendo este o momento de imergir os conceitos aproveitando o envolvimento com o trabalho.

Esta metodologia visa permitir que os alunos montem seus protótipos, entendendo os conceitos Físicos envolvidos em seus projetos. A pesquisa, planejamento, confecção e experimentação devem ser atentamente acompanhados pelo docente responsável, o qual deve servir de mediador e orientador das diversas etapas do projeto. Esta metodologia de desenvolvimento busca explorar os assuntos abordados segundo o aprendizado significativo.

Esse processo de vincular novas informações a segmentos preexistentes da estrutura cognitiva é chamado de aprendizagem subordinativa. Uma vez que a estrutura cognitiva propriamente dita tende a ser organizada hierarquicamente em relação ao nível de abstração, generalização e abrangência das ideias, a emergência de uma nova estrutura proposicional significativa reflete mais tipicamente uma relação subordinativa do novo material (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, 48).

Chegar em um produto final, idealizar e conseguir construir e programar seu protótipo não é nada fácil, mas o envolvimento e a paciência de testar várias e várias vezes o mesmo trabalho, faz com que o aluno consiga construir um produto final, capaz de realizar missões automáticas. A figura 3 apresenta um dos projetos construídos pelos alunos em sua fase final.

Figura 3. Protótipo em fase final. Fonte: Autor

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O quanto aprenderam a aprender com os seus erros, trabalho em equipe, debates, interação entre professor e aluno os conceitos de Física que mesmo diversas aulas expositivas jamais iriam proporcionar, oferecendo ao estudante uma educação básica de qualidade ponto essencial apresentado pelo Relatório para a UNESCO da Comissão Internacional sobre Educação para o século XXI:

se cada um deve utilizar todas essas possibilidades de aprender e de se aperfeiçoar, nem por isso deixa de ser verdadeiro que, para estar em condições de utilizar, corretamente, tais potencialidades, o indivíduo deve dispor de todos os elementos de uma educação básica de qualidade; melhor ainda, é desejável que a escola venha a incrementar, cada vez mais,

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o gosto e prazer de aprender, a capacidade de aprender a aprender, além da curiosidade intelectual. Podemos, inclusive, imaginar uma sociedade em que cada um seja, alternadamente, professor e aluno. (UNESCO, 2010, p.12).

## Material utilizado

Procura-se usar materiais de baixo custo, muitas vezes materiais recicláveis e peças construídas pelos alunos. Normalmente os protótipos possuem um custo de noventa reais, devido ao uso do Arduino e servo motores.

A partir dos componentes básicos podem ser utilizados materiais reciclados, tais como: reutilização de cabos de rede, ou fios coloridos de fonte de computadores queimados (jumep); a estrutura do protótipo pode ser construída com papelão duro, potes plásticos, acrílicos, Eucatex, ou madeira; as rodas podem ser de tampas de embalagens, ou de qualquer material circular; para a alimentação pode ser usada células de notebook descartadas, bateria de lâmpada de emergência, ou powback dependendo das condições da equipe. Demais componentes eletrônicos dependem de quanto sofisticado é o projeto da equipe, estes não oneram tanto os valores de investimentos, pois podem ser comprados em quantidades tornando o valor unitário muito baixo, como: LED, resistores, sensor luz, sensor de objeto, sensor de distância, entre outros.

Os materiais permanentes de uso comum, são: computador, chave de fenda, alicate, ferro de solda, pistola de cola quente, régua, lixa, furadeira, broca, estilete, tesoura e outros.

## Conclusão

Com a realização deste estudo pode-se observar que este grupo livre de robótica permite o envolvimento dos alunos quanto à pesquisa do protótipo a ser criado, permitindo a prática do trabalho coletivo, mesmo sendo diversificada a faixa etária dos integrantes do grupo. Muitas dúvidas provenientes do processo de construção do protótipo são esclarecidas de forma colaborativa, com a devida fundamentação Física teórica por parte do docente. Quando os alunos precisam e pedem informação, as mesmas sempre são rebatidas com um questionamento, instigando fazendo com que os alunos consigam ir em busca de seu crescimento. Com o processo de cooperação desenvolvido neste projeto, muitos conceitos Físicos deixam de ser um entrave ao desenvolvimento da aprendizagem, verifica-se que trabalhar com projeto é notável para o crescimento dos alunos, o qual começa antes mesmo de surgirem dúvidas e procurarem soluções.

Este grupo de robótica livre proporciona ao aluno a exposição de suas ideias, as quais estando equivocadas, não sofrem punições, ao contrário, serão

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desconstruídas e reestabelecidas em um espaço onde todos aprendem juntos e todas as contribuições são válidas para o desenvolvimento do trabalho. Portanto, este grupo desenvolve suas atividades de forma colaborativa, buscando a troca de experiências e a aprendizagem significativa como ferramenta de ensino e aprendizado.

Trabalhar com robótica é poder desafiar os alunos a encontrar respostas, pois essas podem abranger uma vasta gama de conteúdos entre as diversas áreas do conhecimento. Incumbir o aluno em organizar uma programação de forma que os outros também possam usá-las como referência, mostrando que o que aprendem e conseguem fazer pode ser passado para os colegas e assim multiplicando o conhecimento; deixar que os alunos se questionem para construírem algo que parece irrealizável e ver a satisfação de quando conseguem realizar o funcionamento dos seus protótipos e entenderem o processo é o que mantém o desempenho de cada membro do projeto a querer alçar mais desafios.

## Referências

AUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. D.; HANESIAN, H. Psicologia Educacional. Rio de Janeiro: Interamericana, 1980.

D'AMBROSIO, U. Da realidade a ação : Reflexões sobre educação e matemática. São Paulo: Summus Editorial, 1986.

MOREIRA, Marco Antonio . Aprendizagem Significativa em Mapas Conceituais: Textos de Apoio ao Professor de Física, v.24 n.6, 2013.Instituto de Física - UFRGS Disponível em: &lt; http://www.if.ufrgs.br/public/tapf/v24\_n6\_moreira\_.pdf&gt; Acesso em: 20 de maio. 2018.

PINTO, M. C. Aplicação de arquitetura pedagógica em curso de robótica educacional com hardware livre . 2011. 158 f. Dissertação (Mestrado em Informática) -Instituto de Matemática, Núcleo de Computação Eletrônica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2011. Disponível em: &lt;http://www.nce.ufrj.br/ginape/publicacoes/dissertacoes/d\_2011/d\_2011\_marcos\_de \_castro.pdf&gt;. Acesso em: 02 de junho. 2018.

SKOVSMOSE, O. Educação matemática crítica : a questão da democracia. 2. ed. Campinas: Papirus, 2004.

UNESCO. Educação: Um tesouro a descobrir . Relatório para a UNESCO da Comissão Internacional sobre Educação para o século XXI. Brasília, julho de 2010. Disponível em: &lt;http://unesdoc.unesco.org/images/0010/001095/109590por.pdf.&gt; Acesso em: 25 de agosto. 2018.

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