CURSO DE EXTENSÃO PARA PROFESSORES DE FÍSICA COM UMA ABORDAGEM INVESTIGATIVA

## CURSO DE EXTENSÃO PARA PROFESSORES DE FÍSICA COM UMA ABORDAGEM INVESTIGATIVA

Laura Tissi Tracierra 1 , Lucas Soncim de Araújo 2 , Gabriel Silva Santos 3 , Marcella Sousa Kitzinger Batista 4 , Danielle Martins Tostes 5 , Sidnei Percia da Penha 6

- 1 Instituto de Física - UFRJ, laura.tracierra@gmail.com
- 2 Instituto de Física - UFRJ, soncimluc10@gmail.com
- 3 Instituto de Física - UFRJ, gbeilsantos15@gmail.com
- 4 Instituto de Física - UFRJ, kitzinger.marcella@gmail.com
- 5 Instituto de Física - UFRJ, dmtostes@gmail.com
- 6 CAp-UFRJ/Mestrado Profissional em Ensino de Física, sidnei.percia@if.ufrj.br

## Resumo

O curso de extensão 'Oficina de Robótica: Proposta de um Laboratório Investigativo para o Ensino de Física' foi desenvolvido com o objetivo de apresentar aos professores da Rede Pública de Ensino do Rio de Janeiro as metodologias de ensino relacionadas ao uso de Robótica Educativa. Neste trabalho, apresentaremos alguns aspectos relacionados à estrutura curricular destas Oficinas, bem como avaliaremos os resultados de um questionário aplicado para os professores participantes ao final do curso. Os materiais e atividades propostas nestas oficinas foram desenvolvidos com metodologia de Ensino por Investigação. Os questionários foram elaborados com objetivo de investigar as opiniões relacionadas à expectativa dos professores em relação ao curso, bem como as estruturas e atividades propostas e possíveis melhorias. As respostas destes questionários foram organizadas quantitativamente e, em nossas análises, procuramos dar destaque às proposições de maior frequência. Estes resultados nos possibilitaram uma melhor compreensão dos desafios que serão necessárias enfrentar para uma implementação efetiva deste tipo de abordagem em nossas escolas públicas.

Palavras-chave : Ensino por investigação, Robótica educativa, Ensino de física, Projeto de extensão.

## Introdução

O Projeto de Extensão 'Oficina de Robótica: Uma proposta de laboratório investigativo para o Ensino de Física', realizado entre outubro e dezembro de 2017, no Laboratório Didático de Física (LADEF) do CAp da UFRJ, teve como objetivos principais capacitar os professores da rede pública a trabalharem com sequências de ensino, que utilizam elementos de Robótica Educativa, compartilhar materiais, que já foram desenvolvidos neste laboratório, e propiciar aos participantes autonomia para atuarem na confecção de novos materiais e sequências didáticas.

Para que isso fosse possível, foi necessário trabalhar na formação docente, uma vez que esses materiais exigem um conhecimento específico, tanto da área de eletrônica quanto da área computacional, que não é desenvolvido na graduação. Além da abordagem dos princípios teóricos do ensino por investigação e da robótica educativa, foram apresentadas atividades relacionadas ao estudo e montagem de circuitos de componentes eletromecânicos e eletrônicos, com destaque ao uso do microprocessador ARDUINO, sendo o gerenciador dos componentes. O desenvolvimento e montagem das estruturas que sustentam os robôs, o uso da

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linguagem computacional para programação e gerenciamento dos dispositivos também foi passado para os docentes ao longo do curso.

- O objetivo deste artigo é apresentar alguns resultados obtidos a partir de uma pesquisa feita com os professores que participaram do curso de extensão.

## Referencial Teórico

## Ensino por Investigação

A abordagem utilizada para confecção das sequências didáticas utilizadas nas Oficinas foi o Ensino por Investigação, que se fundamenta em pesquisas de Piaget, Vygotsky e nas reflexões teóricas sobre a necessidade de promoção da Alfabetização Científica e Tecnológicas dos estudantes. Segundo Carvalho (2013), os princípios teóricos de Piaget analisam como o indivíduo constrói os conhecimentos, por outro lado, Vygotsky destaca o papel social desta construção e a importância da mediação, onde os objetos e os saberes que o estudante já possui têm papel fundamental na estruturação do conhecimento.

De acordo com este tipo de abordagem, é necessária a colocação de um problema ou questão para que a partir dele o estudante possa refletir, formulando hipóteses e testando-as, na tentativa de encontrar uma resposta para a pergunta criada (SASSERON e CARVALHO, 2008). Este processo tende a levar os alunos a um conflito cognitivo que resultaria, inicialmente, em um processo de desequilibração, e, posteriormente, em uma reequilibração (CARVALHO, 2013). Ao testarem suas propostas, sem obtenção de sucesso provável, podem observar algum evento antes ignorado, e, a partir dessa ocorrência, reformular uma nova teoria, aferindo o que deu errado. Assim, o educando toma consciência de como resolver o problema dado.

Além disso, Vygotsky também afirma a importância do professor como mediador e orientador de questões para potencializar a construção desses novos conhecimentos. A sua teoria também dá importância a comunicação em sala de aula, a discussão de problemas com seus envolvidos no estudo, assim como já é feito em trabalhos em grupo, e a importância da interação do estudante com os objetos de pesquisa, diante de uma comunicação transparente. O conhecimento futuro não exclui os conhecimentos já obtidos pelos estudantes, mas o autor cita, ainda, que é importante o utilizar como um facilitador cooperativo em sala de aula.

## Robótica Educativa

A proposta da Robótica Educativa é de acordo com Silva (2009): 'o ambiente de aprendizagem em que o professore ensina ao aluno a montagem, automação e controle de dispositivos mecânicos que podem ser controlados pelo computador'. É importante que os alunos dominem tanto a parte técnica, para a aplicação da robótica e construção de protótipos, quanto a parte teórica, que será utilizada na realização das atividades experimentais.

De acordo com Zilli (2004), este recurso 'é uma ferramenta que permite ao professor demonstrar na prática muitos dos conceitos teóricos, às vezes de difícil compreensão, motivando o aluno, que a todo o momento é desafiado a observar, abstrair e inventar. ' Segundo Capecchi e Carvalho (2006), a linguagem oral é muito notável nesta abordagem para o desenvolvimento de discussões dos resultados dos experimentos, mas é importante também não dar a solução do problema e sim estimular os alunos para que cheguem à resposta. A partir disso, os estudantes estarão sendo inseridos à cultura científica.

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Borges (2002) diz que ao abordar o laboratório escolar de ciências, os estudantes terão mais liberdade de participar da manipulação dos equipamentos, preparação, montagem e realização de medidas, tornando-o um agente ativo no processo de ensino-aprendizagem.

## Desenvolvimento

O curso de extensão 'Oficina de Robótica: Proposta de um Laboratório Investigativo para o Ensino de Física' foi realizado no CAp da UFRJ nos segundos e quartos sábados de outubro, novembro e dezembro de 2017, totalizando 5 encontros, divididos em três partes que iam de 9h às 16h, dando um total de 35h de curso. Durante o curso, foi utilizado uma apostila contendo a abordagem teórica, componentes e equipamentos eletrônicos e eletromecânicos, bem como diversas estruturas para montagem dos protótipos robóticos disponíveis no LADEF.

A abordagem utilizada nas atividades, o Ensino por Investigação, coloca o estudante no lugar de protagonista da construção do seu conhecimento, tirando esse papel do professor como acontece nos modelos tradicionais de ensino. Cabe ao professor promover situações nas quais os estudantes possam interagir com os objetos da investigação, da mesma forma que envolvê-los em atividades dialógicas de argumentação para propor, defender e testar suas hipóteses. Nesse método são muito utilizadas perguntas que tem por objetivo promover o diálogo entre o professor e os alunos e também entre os próprios alunos, já que a interação entre os pares é essencial para a edificação do conhecimento.

Visando baratear os custos dos materiais utilizados e tornar o projeto acessível às escolas públicas, desenvolveu-se um trabalho de confecção de parte dos materiais necessários. Esta elaboração, que exigiu algumas horas de trabalho de oficina, foi feita pelos monitores das oficinas, sob orientação do coordenador do projeto, e realizada na oficina do CAp da UFRJ. Além disso, alguns dos materiais utilizados, como conectores e ventoinhas, reaproveitou-se de materiais de sucata de computadores antigos.

As atividades do curso foram elaboradas nos cinco encontros, divididos em três oficinas, que ocorreram nos períodos de: o primeiro de 9h às 10h45, o segundo de 11h às 12h45 e o terceiro de 14h às 16h. Nos encontros, abordou-se a parte teórica relacionada ao ensino por investigação e sobre a robótica educativa, com o uso da plataforma ARDUINO, além da parte mecânica e da parte eletrônica para a confecção de protótipos.

No primeiro encontro, realizou-se uma apresentação do curso, a metodologia aplicada e a apresentação dos materiais que seriam utilizados. Com isso, foi proposta a montagem de um ventilador de mesa e de um guindaste, a fim de que os conceitos físicos relacionados à estática, torque e transmissão do movimento fossem abordados junto à parte elétrica necessária para a construção dos modelos.

No segundo encontro, algumas concepções sobre a filosofia da ciência (do Indutivismo aos paradigmas de Kuhn) foram apresentadas. Iniciou-se, após, a apresentação e montagem de protótipos que exigiam o uso de componentes eletroeletrônicos, como a protoboard, o LED, entre outros. A partir disso, montou-se um carrinho e uma competição foi criada entre os modelos dos professores participantes. Os desafios eram: subir uma rampa inclinada, arrastar determinada massa, corrida e cabo de guerra entre os carrinhos. Para que um protótipo fosse o

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vencedor em cada etapa, era necessário fazer adaptações de acordo com o exigido na determinada disputa. Relacionar o conhecimento sobre transmissão de movimento em roldanas para aumentar o torque e, assim, aumentar a velocidade do carrinho é um exemplo de alteração que deveria ser feita para se obter sucesso em uma das disputas.

No terceiro encontro, introduziu-se o ARDUINO. Com a implementação dele, o desafio deste dia foi a montagem de um sinal de trânsito e um carrinho de controle remoto, com a plataforma e as partes relacionadas à programação ensinadas na oficina.

No quarto encontro, recursos mais sofisticados foram aderidos, como a aplicação de sensores para o desenvolvimento de um robô seguidor de linha. Nesta atividade, o carrinho deveria andar se estivesse em cima da faixa preta e parar se estivesse em cima da parte branca, utilizando o sensor no protótipo para detectar a diferença de refletância entre as duas cores.

No quinto e último encontro, o sensor ultrassônico foi introduzido e conectado ao carrinho para que ele desviasse de objetos que estivessem em seu caminho e conseguisse voltar a seguir o rumo. Ao final do encontro, fez-se uma consulta de opinião dos professores utilizando um questionário, com o objetivo de observar os aspectos positivos e negativos do curso e, assim, obter sugestões para possíveis melhorias.

A primeira pergunta do questionário falava sobre a Robótica Educativa: 'Você possuía algum conhecimento sobre Robótica Educativa antes do início do curso de extensão?'. De acordo com o gráfico 01, observou-se que a grande maioria (75%) dos professores que participaram do curso de extensão não possuíam ou somente tinham ouvido falar sobre a Robótica Educativa e nenhum deles a aplicava no ensino em sala.

Gráfico 01: Conhecimento sobre robótica dos professores do projeto de extensão.

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A segunda pergunta colocava o Ensino por Investigação em questão: 'Você possuía algum conhecimento sobre ensino por investigação antes do início do curso de extensão?', em que a grande maioria (67%) respondeu que não tinha nenhum

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conhecimento ou que tinha apenas ouvido falar. Embora cerca de 25% já tivesse ouvido falar sobre a temática, apenas um dos professores havia desenvolvido, anteriormente ao curso, este tipo de atividade em sala de aula.

Gráfico 02: Conhecimento sobre Ensino por Investigação dos professores que participaram do Curso de Extensão.

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A terceira pergunta indagou: 'Quais eram as suas expectativas do curso?'. Grande parte das respostas estava relacionada à conhecer e dominar a metodologia do ensino da robótica educativa, para que fosse aplicada em sala de aula, conectando os conhecimentos de física com os da oficina de robótica. Além disso, também obteve-se respostas como: a melhoria do processo de ensinoaprendizagem, se atualizar de novas tecnologias, conhecer os aspectos técnicos da oficina, introdução ao uso do ARDUINO, a troca de experiência com os pares e aprofundar o conhecimento em abordagens investigativas.

A quarta pergunta estava relacionada ao curso em geral e se dividia em tópicos. O primeiro tópico foi sobre a localização, em que a grande maioria preferiu que a realização fosse no CAp da UFRJ e menos de 30% dos docentes gostariam que fosse na Ilha do Fundão, onde se localiza o Instituto de Física da UFRJ. O segundo perguntou da distribuição das aulas, que foram nos segundos e quartos sábados do mês de 2017, em que a maioria foi de acordo com esta distribuição, apenas um professor preferia que fossem encontros semanais. O terceiro discutia o dia da semana escolhido, e todos preferiram que o curso fosse aos sábados, como foi feito no projeto de extensão. O quarto tópico abordou a duração dos encontros, em que apenas um professor preferia que fosse somente de manhã e o restante concordou com o modo que feito, aulas de manhã e à tarde. O quinto tópico analisou a questão da duração do curso, de cinco encontros, em que mais de 80% optou que tivessem mais encontros e o restante concordou com o tempo de duração realizado. O sexto tópico classificou a estrutura do curso, em que foi possível marcar mais de uma opção. No resultado, a maioria elogiou, mas ainda assim gostariam de mais ênfase em alguns assuntos, principalmente sobre aspectos do Ensino por Investigação que, como foi mostrado no segundo gráfico, muitos deles não possuíam conhecimento sobre o tema.

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Gráfico 03: Opinião dos professores sobre a estrutura do curso de extensão.

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A quinta pergunta se referiu ao progresso do curso: 'Em sua opinião, quais aspectos do curso podem ser melhorados?'. Em uma análise das respostas, percebeu-se que a grande maioria das sugestões estavam relacionadas à apostila e ao material. Entre as sugestões estavam à disponibilização na internet e a atualização da apostila com as contribuições feitas pelos professores no curso de extensão. Sugeriu-se também que fosse dada mais atenção nas partes básicas do curso, como na passagem de circuitos sem ARDUINO para os circuitos com ele presente, a apresentação de símbolos convencionados e, até mesmo, mais aulas para a realização de outras atividades, devida a falta de conhecimento técnico dos professores. Houve também a sugestão de espaços de discussões/debates nas aulas sobre como os docentes implementariam o projeto nas escolas em que atuam, troca de experiência entre os professores e os estudantes de Ensino Fundamental e Médio que fazem a oficina de robótica, como abordar outros temas da física além dos apresentados na robótica educativa e a criação de um grupo de discussão depois do encerramento do curso.

A sexta pergunta debatia: 'Você acha interessante a inserção dessa temática no ensino de Ciências? Quais alternativas podem ser utilizadas para que seja possível a aplicação em sala de aula?'. Todas as respostas mostraram que os professores estavam motivados em utilizar a temática em sala de aula. Grande parte diz que a melhor alternativa seria no contra turno e outros apresentaram possíveis dificuldades para a implementação. O ideal, segundo eles, seria ter o apoio da escola para realizar a oficina, recursos para a compra dos componentes, investir na utilização de materiais reciclados e obter o auxílio de monitores, como é feito na oficina de robótica do CAp da UFRJ. Além disso, foi apresentado o que seria preciso em um planejamento mais flexível, como a possibilidade da interdisciplinaridade, a divisão da oficina em mais etapas para que ela fosse distribuída ao longo do Ensino Médio e a necessidade de mais prática para se tornar um melhor mediador do conhecimento.

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A sétima pergunta foi: 'Gostaria de participar como professor pesquisador colaborador do grupo de pesquisa do Laboratório Didático de Ensino de Física do CAp-UFRJ?'. Todos os docentes que participaram do curso demonstraram interesse de participar deste grupo de pesquisa, assim como foi observado nas sugestões, em que uma delas foi a criação de um grupo de discussão para a troca de experiência entre os professores ao aplicar a oficina de robótica nas instituições de ensino que atuam.

## Considerações finais

Com base nestes relatos, na atuação e engajamento dos professores, acreditou-se que o curso conseguiu atingir seu principal objetivo: fazer professores de instituições públicas de ensino participarem do projeto, a fim de aprenderem sobre a robótica educativa e o ensino por investigação, para a aplicação de ambos em sala de aula.

A consulta aos docentes, realizada ao final do último encontro, mostrou-se essencial, pois, ao saber a opinião dos mestres, poderemos melhorar a aplicação do curso. O próximo objetivo é criar um grupo de discussão, para que seja efetivada a troca de experiência, no decorrer da passagem de conhecimento, em sala.

Uma das especificidades observadas foi que, durante o planejamento das aulas, esperou-se que os professores de Ensino Médio tivessem mais facilidade para desenvolver as atividades práticas do que os estudantes que participam do projeto de robótica, que estão no 9° ano do Ensino Fundamental ou no Ensino Médio. Na maioria das vezes, durante as atividades consideradas mais simples os docentes demoravam o mesmo tempo que os alunos ou até mais.

Além disso, muitos se mostraram bastante animados quanto a possibilidade de implementação do projeto para seus alunos da rede pública, mas ainda assim encontram diversas dificuldades. Entre elas estão o planejamento e a necessidade de ser no contra turno, bem como as dificuldades financeiras evidentes, porém, ainda sim, pretendem aplicar o que foi aprendido em sala de aula.

Contudo, conforme mostram os nossos dados, a grande maioria dos professores não tinham conhecimento das abordagens apresentadas no curso. Isto reafirma a importância e necessidade de elaboração de cursos de extensão, para que o conhecimento não seja transmitido ao docente apenas na Universidade, mas se amplie ao longo da sua formação continuada com este tipo de troca de aprendizado.

## Referências

BORGES, A. TARCISO. Novos Rumos Para o Laboratório Escolar de Ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, SC, v. 19, n.3, p. 291-313, 2002.

CAPECCHI, M. C. V.M. e CARVALHO, A. M. P. Atividade de Laboratório com instrumento para a abordagem de aspectos da cultura científica em sala de aula. Pró-Posições, v. 17, n.1 (49) - jan./abr. 2006.

CARVALHO, A. M. P. Ensino de Ciências e a proposição de sequências de ensino investigativas. In: Anna Maria Pessoa de Carvalho. (Org.). Ensino de Ciências por Investigação. 1 ed. São Paulo: Cengage Learning, 2013, v. 1, p. 1-20.

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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.

SILVA, A.Ferreira. RoboEduc: Uma Metodologia de Aprendizado com Robótica Educacional. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Natal, RN, 2009.

ZILLI, S. do Rocio. A robótica educacional no ensino fundamental: perspectivas e prática. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Universidade Federal de Santa Catarina - Florianópolis, 2004.

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