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Projetos de Robótica Educacional

como apoio ao ensino de Matemática

e Física: criando um protótipo de robô

controlado por sensor de

luminosidade

MÁRCIO LÚCIO DIAS PEREIRA


como apoio ao ensino de

Matemática e Física: criando um

protótipo de robô controlado por

sensor de luminosidade

Autor: Márcio Lúcio Dias Pereira

Orientador: Prof. Dr. Carlos Fernando de Araújo Júnior


como apoio ao ensino de

Matemática e Física: criando um

protótipo de robô controlado por

sensor de luminosidade

Universidade Cruzeiro Do Sul

2015

© 2015

Universidade Cruzeiro do Sul

Pró-reitora de Pós-Graduação e Pesquisa

Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática

Reitor da Universidade Cruzeiro do Sul –Profa. Dra. Sueli Cristina Marquesi

PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA

Pró-reitora–Profa. Dra. Tania Cristina Pithon-Curi

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA

Coordenação –Profa. Dra. Norma Suely Gomes Allevato

Banca examinadora

Prof. Dr. Carlos Fernando de Araújo Júnior

Prof. Dr. Juliano Schimiguel

Prof. Dr. Ricardo Shitsuka

FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL DA

UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL

P493p

Pereira, Márcio Lúcio Dias.

Projetos de robótica educacional como apoio ao ensino de

matemática e física: criando um protótipo de robô controlado por sensor de luminosidade / Márcio Lúcio Dias Pereira. -- São Paulo: Universidade Cruzeiro do Sul, 2015.

28 p. : il. Produto educacional (Mestrado em Ensino de Ciências e

Matemática). 1. Ensino de matemática 2. Ensino de física 3. Robótica

educacional 4. Projetos educacionais 5. Recursos tecnológicos 6. Robô 7. Processo de ensino – aprendizagem. I. Título II. Série.

CDU: 54:37

SUMÁRIO

1 APRESENTAÇÃO ..................................................................................................................6

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA............................................................................................8

2.1 APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS (ABP) ...................................................8

2.2 ROBÓTICA EDUCACIONAL ...........................................................................................14

3 PRODUTO ............................................................................................................................18

3.1 ATIVIDADE ........................................................................................................................19

4 ORIENTAÇÕES AO PROFESSOR ...................................................................................25

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................26

REFERÊNCIAS .......................................................................................................................27

Márcio Lúcio Dias Pereira

6


1 APRESENTAÇÃO

Não há dúvida de que devemos reconhecer e ter acesso aos recursos

tecnológicos, para que possamos avaliar a dimensão que essa tecnologia

assume em nosso cotidiano e, também, se for necessário, definirmos os limites

para a interação e a interdependências desses recursos. Novas formas de

pensar e de conviver estão sendo construídas nesse contexto de evoluções

tecnológicas constantes e irreversíveis, ficando evidente que as relações entre

as pessoas, o ambiente educacional, o mundo do trabalho e os rumos das

civilizações, dependem dessas transformações.

O avanço dos conhecimentos tecnológicos vem se tornando evidente no

cotidiano das pessoas, modificando os seus modos de vida e promovendo

transformações na sociedade, pressupondo, também, diversas mudanças na

Educação. A sociedade, portanto, exige que a educação prepare o indivíduo

para atender às exigências impostas pelas constantes transformações que

influenciam a sua formação profissional e a sua participação como cidadão.

Com essa expectativa, buscamos neste trabalho, oferecer nossa

contribuição, ao desenvolvermos uma metodologia voltada para o professor do

Ensino Médio, de forma a promover um aprendizado mais contextualizado e

significativo para os alunos. Esse trabalho é um recorte da Dissertação de

Mestrado de Márcio Lúcio Dias Pereira, intitulada “Projetos de robótica

educacional para criar cenários multidisciplinares como apoio ao ensino e

aprendizagem de Matemática e Física”, sob a orientação do Prof. Dr. Carlos

Fernando de Araújo Júnior, dentro do curso de Mestrado Profissional em

Ensino de Ciências e Matemática, do Programa de Pós-graduação em Ensino

de Ciências e Matemática da Universidade Cruzeiro do Sul.

Nosso objetivo é investigar como o desenvolvimento de atividades de

Robótica Educacional pode contribuir para o ensino e aprendizagem dos

conteúdos de Matemática e Física. Esses estudos buscam oferecer uma

contribuição para professores e alunos, gerando indicativos para o

desenvolvimento de uma aprendizagem dos conteúdos teóricos, na perspectiva


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de uma aplicação prática e criativa. Para tanto, pretendemos alcançar alguns

objetivos específicos:

Utilizar as técnicas da aprendizagem baseada em projetos educacionais,

com os recursos da Robótica Educacional, para criar atividades com

cenários multidisciplinares.

Desenvolver atividades de robótica e de automação de sistemas

utilizando um recurso tecnológico que tenha custos acessíveis e que

também, possam oferecer recursos de acesso livre e flexíveis.

Possibilitar conexões entre as atividades de robótica e de automação de

sistemas com as disciplinas de Matemática e Física.

Desenvolver atividades que evidenciem o trabalho coletivo, o senso de

liderança, a autonomia, a criatividade e o raciocínio lógico.

Propomos o desenvolvimento de um projeto educacional, caracterizado

por umaatividade estruturada em etapas, na forma de um tutorial, que consiste

na criação de um protótipo de um robô que possa ser controlado por sensores

de luminosidade, que servirá como um artefato didático para auxiliar na

conceituação de alguns conteúdos de Matemática e Física.


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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Compreendemos que sem um referencial teórico, nossa proposta

poderia se tornar algo empírico, não contribuindo o suficiente para a melhoria

do conhecimento, assim, fundamentamos no trabalho na Aprendizagem

Baseada em Projetos (ABP) apoiados nos recursos tecnológicos da Robótica

Educacional.

2.1 APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS (ABP)

O desenvolvimento da metodologia da Aprendizagem Baseada em

Projetos (ABP) tem suas origens nos estudos de John Dewey (1859-1952), por

volta de 1900, quando comprovou o “aprender mediante o fazer”, através de

atividades contextualizadas que valorizavam a capacidade de pensar dos

alunos, por meio de métodos experimentais.

Estudos bem mais recentes como os desenvolvidos pelo Buck Institute

for Education (BIE)1, uma organização de referência mundial, que desenvolve

ações e produtosinstrucionais focados em projetos, apontam que a

Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) é um termo geral que descreve um

método de ensino que utiliza “projetos como foco central de ensino em uma

diversidade de disciplinas”. Muitas vezes, esses projetos emergem a partir de

um contexto autêntico, abordam questões controversas ou importantes na

comunidade e se desdobram de modos imprevistos. Não existe, porém, uma

única definição aceita de ABP, entretanto, para o BIE (2008), podemos defini-la

a como sendo:

Um método sistemático de ensino que envolve os alunos na aquisição de conhecimentos e de habilidades por meio de um extenso processo de investigação estruturado em torno de questões

1Buck Institute for Education (BIE): Organização sem fins lucrativos que reúne ações práticas e produtos instrucionais, fornecendo serviços altamente eficazes para professores e escolas. Oferece desenvolvimento profissional sobre como projetar, avaliar e gerenciar projetos que envolvem a motivação de alunos através da Aprendizagem Baseada em Projetos (Project Based Learning-PBL) em todas as séries e disciplinas. (http://bie.org/).

http://bie.org/


9


complexas e autênticas e de produtos e tarefas cuidadosamente planejados. (BIE, 2008, p.18)

Ainda segundo o BIE (2008), essa necessidade é determinada não

apenas pelas demandas da “força de trabalho por empregados com alto

desempenho que possam planejar, trabalhar em equipe e se comunicar”, mas

também pela “necessidade de ajudar todos os jovens a adquirir

responsabilidade cívica e a dominar suas novas funções como cidadãos do

mundo”. De certa forma, a necessidade de que a educação se adapte a um

mundo em transformação é a razão básica do crescimento da popularidade da

ABP.

As escolas estão sendo cobradas, cada vez mais, para que possam

oferecer aos seus alunos, um ensino mais contextualizado, motivador e que

possa ser capaz de envolvê-los em atividades que permitam o

desenvolvimento de suas habilidades, além de fazer com que este aluno, tenha

um envolvimento maior com a comunidade onde vive. Trata-se de uma

tentativa de criar novas práticas de ensino que reflitam o ambiente no qual os

alunos vivem e aprendem.

Bons projetos em sala de aula encorajam mudanças na cultura e na

estrutura das escolas e nesse sentido, a ABP pode contribuir de forma mais

significativa para esse processo de mudança na escola, incentivando a

colaboração dos professores e motivando os alunos, ajudando a incorporar

resultados de aprendizagem da escola como um todo ao programa de ensino,

estabelecendo fortes vínculos entre os alunos, os pais e os demais membros

da comunidade no processo educacional.

Os recursos da ABP têm sido utilizados em praticamente todas as

disciplinas e anos escolares, e geralmente tem sido implementada no ensino

de ciências e matemática, cujos casos de sucesso podem ser evidenciados

através de diversos trabalhos divulgados em simpósios e congressos. Esses

recursos podem ser tornar um método de ensino relevante e envolvente que

prioriza a aprendizagem autônoma dos alunos, encorajando diversas

mudanças nas formas ensinar e trazendo vários benefícios, pois, utilizam


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processos de investigação, resolução de problemas, tomada de decisão,

trabalho de grupo e apresentações como ferramentas importantes nos

processos de aprendizagem.

Na opinião de Hernández e Ventura (1998), devemos organizar o que os

alunos aprendem a partir de conceitos ou ideias-chave que vão além das

matérias escolares e que permitem explorá-las para aprender a descobrir

relações, interrogar-se sobre os significados das interpretações dos fatos e

continuar aprendendo, fazendo com “as disciplinas escolares não sejam um

porto de chegada, uma referência, um farol que assinala uma costa para

orientar-se numa exploração mais ampla e incerta”. Para estes autores, os

projetos podem ser considerados como uma prática educativa, com uma

função bem definida, afirmando que:

A função do projeto é favorecer a criação de estratégias de organização dos conhecimentos escolares em relação a: 1) o tratamento da informação, 2) a relação entre os diferentes conteúdos em torno de problemas ou hipóteses que facilitem aos alunos a construção de seus conhecimentos, a transformação da informação procedente dos diferentes saberes disciplinares em conhecimento próprio. (HERNÁNDEZ; VENTURA, 1998, p. 61).

Os projetos de trabalho podem ser aplicados em todas as áreas de

conhecimento, podendo organizar-se seguindo um determinado eixo: a

definição de um conceito, um problema geral ou particular, um conjunto de

perguntas inter-relacionadas, uma temática que valha a pena ser tratada ou,

ainda, algumas atividades que favoreçam a busca e o tratamento da

informação; e isso, normalmente, supera os limites de uma matéria.

Segundo Hernández e Ventura (1998), “o aluno aprende (melhor)

quando torna significativa a informação ou os conhecimentos que se

apresentam na sala de aula”. Dessa forma, ainda, segundo este autor, “os

projetos de trabalho são uma resposta – nem perfeita, nem definitiva, nem

única”, mas que permite aos professores uma reflexão sobre a sua prática e

inclusive podendo melhorá-la.

O sucesso de um projeto é representado pelo esforço investigativo,

voltado a encontrar respostas convincentes para as questões sobre um


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determinado tema e que devem ser desenvolvidos pelos alunos. Embora os

alunos constituam o foco da aprendizagem com projetos, devemos também,

destacar a importância do papel exercido pelo professor.

Um projeto não precisa ser desvinculado da programação acadêmica,

devendo ser programado e proposto de forma a intensificar o processo de

aprendizagem dos conteúdos e, principalmente, possibilitar a diversificação de

ações e vivências que propiciem o desenvolvimento das diferentes

competências. A postura do professor como mediador ou facilitador do

processo de aprendizagem, fica evidente quando trabalhamos com projetos

educacionais.

Quando os alunos desenvolvem trabalhos com projetos, não se espera

que recebam todas as informações já estruturadas pelo professor, pois, este

não deve ser a única fonte do conhecimento. Os alunos devem buscar outros

instrumentos, recursos e fontes, assim a figura do professor facilitador é

exatamente de auxiliar seus alunos a buscarem essas novas fontes. Assim, ao

desenvolvermos uma atividade utilizando as técnicas de um projeto

educacional num cenário contextualizado, devemos levar em consideração

estas questões, pois elas são de grande importância, quando envolvidas num

processo de ensino-aprendizagem.

Nogueira (2008), nos diz que “se pensarmos os projetos como uma

dinâmica que propicia a autonomia do aluno, permitindo que ele seja capaz de

planejar suas ações, seus atos e procedimentos”, os projetos educacionais

podem ser uma das possibilidades de flexibilizar nossas ações pedagógicas,

deixando que cada aluno consiga criar uma rede de significados.

Dessa forma, desenvolvendo o que este autor denomina de um

“espectro de competências” que permitem que estes alunos possam trabalhar

com a concepção da “pluralidade das inteligências”, assim, o professor precisa

estar atento a todos os alunos participantes de um projeto educacional, e deve,

conforme afirma Nogueira (2008), aproveitar “toda e qualquer oportunidade de


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mediar as diferentes e possíveis conexões entre as múltiplas competências de

um espectro”.

Considerando as fundamentações baseadas na Aprendizagem Baseada

em Projetos (ABP) e a organização do currículo por projetos de trabalho

poderíamos estruturar as etapas e os papéis assumidos pelo professor e pelos

alunos no desenvolvimento de projeto educacional, conforme mostrado na

Figura 1.

Figura 1: Etapas e papéis do projeto educacional Fonte: HERNADÉZ & VENTURA, 1998; NOGUEIRA, 2008 (adaptado).

Definição do tema: Através de discussões com os alunos, professores,

coordenadores ou mesmo representantes da comunidade, podemos

definir o tema, problemas ou assuntos que poderão ser trabalhados no

projeto. Devemos analisar a relevância desse tema e se ele poderá

provocar mudanças de atitudes nos alunos e se poderá ser tratado de

forma multidisciplinar, se propiciará novos conhecimentos e se atenderá

aos anseios e necessidades dos participantes.

Acompanhamento: Embora estruturado como uma etapa, o

acompanhamento do projetodeve ser realizado pelo professor, ao longo

do processo de treinamento, sendofundamental para a correção de

rotas, observações, sugestões e orientações. Foi uma importante etapa


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para que os alunos não se sentissem “abandonados” no projeto,

podendo, sempre que necessário, contar com o apoio do professor.

Planejamento: Nessa etapa define-se a estrutura do projeto, de forma a

garantir o acompanhamento, a execução, a finalização e a avaliação do

projeto. O professor deve levar em consideração as questões

operacionais, gerenciais e estratégicas, auxiliando os alunos nas demais

etapas do projeto. Estabelecemos a carga horária destinada ao projeto,

a estruturação modular, as datas e horários dos encontros. Para os

alunos, esta etapa é importante para que possam se organizar e definir

as necessidades e prioridades, porém, sem abrir mão da autonomia e da

flexibilidade, tornando o projeto bastante autêntico.

Execução: Nessa etapa ocorrem efetivamente a realização das

atividades do projeto, dentro de cada módulo estruturado. Trata-se do

momento da ação do projeto, onde os alunos podem colocar em prática

o que já sabiam e o que foi aprendido no decorrer do projeto. Nessa

etapa, o professor assume o papel de facilitador, fornecendo o suporte

necessário para que os alunos possam realizar suas tarefas.

Depuração: Nessa etapa, o professor discute com os alunos sobre o

andamento do projeto, analisando a necessidade de se fazer alguma

mudança. Os alunos devem ser instigados a dar um posicionamento e

fazer algumas correções ou redirecionamentos em algumas atividades

do projeto.

Apresentação:Nessa etapa os alunos fazem a apresentação dos

resultados dos trabalhos desenvolvidos durante a etapa de execução do

projeto. Essas apresentações podem ser feitas individualmente e em

grupos, que podem ser assistidas por outros alunos, professores e

coordenadores da escola.

Fechamento: Nessa etapa o professor estabelece o fechamento do

projeto, fazendo uma retrospectiva junto aos alunos, revendo os


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principais acontecimentos e resultados, auxiliando os alunos na fixação

do que foi vivenciado por eles. Podem ser feitos comentários sobre as

dúvidas que surgiram, as soluções encontradas, o envolvimento dos

alunos e as situações adversas. Também, podem ser discutidas as

perspectivas de implantação de um projeto mais abrangente e que

pudesse contar com uma participação de um maior número de alunos,

envolvendo inclusive outras turmas ou outras escolas.

Avaliação: Nessa etapa o professor faz a avaliação do projeto,

primeiramente através de questionários preenchidos pelos alunos sobre

aspectos relativos ao projeto como um todo e também sobre a

autoavaliação desses alunos. Também podem ser feitasavaliações com

outros professores, com a coordenação do curso e com a direção da

escola, com base nos objetivos definidos no planejamento inicial. Todos

os dados devem ser tabulados ou organizados de maneira que possam

ser analisados de forma quantitativa e qualitativa.

Registro: Todas as etapas do projeto devemser registradas pelo

professor mediador/facilitador, desde a concepção até a avaliação, para

que possamser feitas análises e reflexões sobre tudo o que ocorreu

durante o processo. Podem ser utilizadas várias formas de registro

como: protocolos gerados pelos alunos, esquemas, relatórios, mapas,

desenhos, recortes, imagens, vídeos, protótipos e documentos diversos.

2.2 ROBÓTICA EDUCACIONAL

Desde de que o os primeiros robôs foram criados, a robótica tem

passado por grandes evoluções em razão das diversas tecnologias que foram

desenvolvidas pelo homem. Nossa discussão, no entanto, concentra-se na

pesquisa e no desenvolvimento de robôs como “máquinas informatizadas” ou

“automatizadas”, onde suas ações são previamente programadas e dependem


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de vários tipos de informações a serem processadas, ou seja, nos referimos a

máquinas programáveis que realizam tarefas predefinidas.

Os assuntos normalmente abordados em robóticaexploram vários

conceitos aprendidos em diversas áreas do conhecimento humano, como

matemática, física, eletrônica e informática. Através das quais, podemos

relacionar,diversos conteúdos programáticos, como lógica de programação,

algoritmos estruturados, linguagens de programação, cálculo numérico,

computação gráfica, engenharia de software, inteligência artificial e física

experimental, etc.

Fica evidente, portanto, que o papel da escola e o do professor, deva ser

o de proporcionar programas curriculares mais adequados, para que possamos

aplicar estas teorias e conteúdos, em atividades concretas, através do

desenvolvimento de projetos educacionais, do trabalho em equipe e de

atividades que contribuam para uma melhor aprendizagem dos alunos e de

uma participação mais efetiva na comunidade.

Nesse contexto, destacamos os trabalhos de Seymour Papert, que

influenciado pelas ideias construtivistas de Jean Piaget2, desenvolveu o

Construcionismo, que parte da suposição de que os alunos apenderão melhor

descobrindo, por si mesmos. Papert (1994) deixa claro que as evoluções

tecnológicas iriam proporcionar grandes mudanças e que os desafios sempre

farão parte desses propósitos e inclusive serviriam como oportunidades.

Assim como a escrita, a pintura e a multimídia de expressão, Cibernética como meio criativo tem uma melhor chance de ser suficientemente aberta para oferecer algo para todos; e na medida em que não oferece, ela proporciona melhores oportunidades para que trabalhemos com maior empenho para ampliar suas possibilidades. (PAPERT, 1994, p. 161).

2 Jean Piaget (1896-1980): Foi um dos pesquisadores mais influentes no campo da educação durante a segunda metade do século XX. Sua pesquisa se baseava em submeter à observação científica rigorosa a aquisição de conhecimento pelo ser humano. Criou um campo de investigação que denominou epistemologia genética, uma teoria do conhecimento centrada no desenvolvimento natural da criança. (http://revistaescola.abril.com.br/formacao/jean-piaget-428139.shtml).


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Baseados nesse ponto de vista, buscamos nossas referências no

desenvolvimento de projetos, utilizando recursos tecnológicos da Robótica

Educacional, que segundo Menezes e Santos (2002), “é um termo utilizado

para caracterizar ambientes de aprendizagem que reúnem kits de montagem”,

compostos por diversas peças como: motores, engrenagens, sensores e outros

dispositivos que podem ser controlados por computadores e programas que

permitam programar o funcionamento dos modelos ou protótipos montados.

Os alunos envolvidos nesse ambiente de aprendizagem desenvolvem

diversas competências e habilidades como o raciocínio lógico, habilidades

manuais, relações interpessoais, resolução de problemas, investigação,

representação, comunicação, criatividade, opinião crítica e tomada de

decisões. Quando observarmos a abrangência desses assuntos, podemos ir

muito além das questões didáticas, envolvendo experiências de

aprendizagempara alunos e também, para profissionais de diversas áreas

como engenharias de controle e automação, mecatrônica, mecânica,

eletrônica, dentre outras.

Ao utilizarmos os recursos da Robótica Educacional como uma

ferramenta lúdica, educativa e motivacional, estaremos trabalhando diferentes

iniciativas que possibilitam o desenvolvimento da aprendizagem dos alunos sob

diversas formas, como:

Integra diversas áreas do conhecimento através de atividades que

permite o desenvolvimento do raciocínio e da lógica, e também, de

conceitos curriculares de comunicação e expressão, matemática, física,

ciências biológicas, articulando o conhecimento científico e tecnológico

em uma perspectiva interdisciplinar

Transforma a aprendizagem em um processo de motivação,

colaboração, construção e reconstrução, promove a troca de

experiências, o trabalho comunitário, a compreensão da ética, o

relacionamento interpessoal e desenvolvimentoda autoestima e do

autoconhecimento.


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Possibilita a construção de protótipos robóticos com materiais

reutilizáveis, produtos recicláveis, motores, servos, sensores e outros

componentes elétricos, eletrônicos e eletromecânicos, propiciando

também, sua manutenção e configuração, através de ferramentas,

instrumentos e linguagens de programação.

Assim, o que devemos buscar, é um processo educativo com propósitos,

contextos e situações que envolvam esses alunos num projeto educacional no

qual ele seja o foco, mas que também possam ser os protagonistas deste

cenário. Nessa perspectiva, destacamos a importância do desenvolvimento de

cenários adequados, construídos através de propostas bem elaboradas,

contendo módulos de trabalho que sejam ao mesmo tempo motivadores e

contextualizados.


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3 PRODUTO

O desencadeamento das atividades em cada módulo segue um percurso

metodológico que se inicia com a contextualização dos conhecimentos teóricos

a serem abordados. Posteriormente, devem ser propostos experimentos com

níveis de dificuldade crescentes, adotando também uma forma de

aprendizagem baseada na prática, permitindo que os resultados sejam

analisados tanto no campo da tecnologia quanto do comportamento

demonstrado. Todas as atividades desenvolvidas, podem ser organizadas em

dois grupos:

Fundamentações Técnicas (FT): Apresentam todas as informações

teóricas necessárias à compreensão dos conceitos, envolvendo

pesquisas, discussões em grupos e apresentação de seminários,

permitindo uma melhor compreensão dos fundamentos e o

compartilhamento dos conhecimentos adquiridos.

Oficinas Experimentais (OE):Abordam a criação dos sistemas de

automação e protótipos robóticos relacionados aos conceitos abordados.

Para a montagem dos modelos robóticos e dos sistemas automação,

podem ser utilizados diversos componentes elétricos, eletrônicos,

eletromecânicos, além de materiais recicláveis ou reaproveitáveis.

Para o desenvolvimento dos sistemas de automação e dos protótipos

robóticos propostos no projeto, será utilizada uma plataforma tecnológica

chamada Arduino. Esta arquitetura foi concebida sob um conceito tecnológico

denominado de open-source, baseado numa plataforma de hardware e

software livres e flexíveis, ou seja, possuem uma tecnologia de fonte aberta, o

que significa que você pode criar seus próprios projetos, modificar os já

existentes. Para o desenvolvimento das atividades práticas utilizamos o modelo

de placa Arduino mais comum, denominada UNO. Na imagem mostrada na

Figura 2, podemos observar as características mais comuns deste modelo de

placa.


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1. Botão reset: Reinicialização da placa controladora.

2. Conector USB: Comunicação via dispositivo serial do microcomputador.

3. Conector fonte: Conexão de uma fonte externa (baterias) para alimentação da placa.

4. Portas alimentação: Conexões responsáveis pelos sinais entrada de tensão de 5V, 3.3V e GND.

5. Portas analógicas: Pinos para entrada de dados. 6. Microcontrolador: Circuito integrado que atua

como microcontrolador principal da placa. 7. Portas Digitais/PWM: Pinos configurados como

portas de entrada usadas na leitura de informações nos sensores e saídas para controlar os atuadores.

Figura 2: Principais componentes da placa Arduino UNO Fonte: http://Arduino.cc/

Para execução das tarefas das atividades práticas, deve ser montado

para cada participante um “Kit de Automação e Robótica”, veja Figura 3,

composto de diversos componentes elétricos, eletrônicos e eletromecânicos,

para serem utilizados pelos alunos para montar os sistemas de automação e os

protótipos robóticos propostos.

Figura 3: Kit de Automação e Robótica montado para os treinamentos

Fonte: Montado pelo Autor

3.1 ATIVIDADE

Durante a execução do projeto podem desenvolvidas atividades práticas,

nas quais podem ser criados diversos protótipos robóticos ou sistemas de

automação, como: ponte levadiça, braço robótico, carro robô com sensores,

casa automatizada, abajur divertido, associação de lâmpadas, etc. Nesse

http://arduino.cc/


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trabalho, no entanto, descreveremos o processo de criação de um protótipo de

robô controlado por sensor de luminosidade.

Objetivo: Construir um protótipo de um robô que possa ser controlado

por uma fonte de luz (lanterna) direcionada para sensores de

luminosidade que acionam os motores que movimentem o robô. A

Figura 4, mostra um exemplo do robô que poderá ser montado.

Figura 4: Robô controlado por sensores de

luminosidade

Fonte: Autor

Como funciona: Se desejarmos que o robô sem movimente em linha

reta, devemos focalizar uma lanterna para o sensor de luminosidade

(LDR3), acionando os dois motores (M1 e M2) ao mesmo tempo. Se

pretendemos mover o robô para direita ou para esquerda, devemos

focalizar a lanterna para os sensores (LDR1 ou LDR2) que acione os

motores (M1 ou M2) na respectiva direção. O Quadro 1, descreve os

movimentos do robô, de acordo com os respectivos sensores.

Quadro 1: Movimentos do robô com sensores de luminosidade (LDR)

Sensor Acionamento dos motores Movimento

LDR1 Liga Motor 1 (M1) / desliga Motor 2 (M2) Para Direita

LDR2 Desliga Motor 1 (M1) / liga Motor 2 (M2) Para Esquerda

LDR3 Liga Motor 1 (M1) / liga Motor 2 (M2) Para Frente

Fonte: Autor


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Conteúdos multidisciplinares: Para auxiliar na compreensão e

desenvolvimento das tarefas propostas nessa atividade foram

retomados alguns conteúdos de Matemática e Física, conforme

descritos na Tabela 2.

Tabela 2: Conteúdos multidisciplinares

Disciplina Grupo Conteúdo

Física

Eletrodinâmica

Energia elétrica (corrente, tensão, resistência). Resistores. Leis de Ohm. Associação de resistores. Geradores e receptores elétricos. Potência elétrica. Circuitos elétricos. Aparelhos de medidas elétricas.

Eletromagnetismo Força e campo magnético. Indução eletromagnética. Ondas eletromagnéticas.

Matemática Álgebra Equações e inequações. Funções: Noção, conceitos, gráficos. Função polinomial. Sistemas lineares.

Fonte: Autor

Componentes necessários: Para efetuar a montagem do robô

controlado por sensores de luminosidade, você utilizará os componentes

elétricos, eletrônicos, eletromecânicos e outros materiais, conforme

descrito no Quadro 2.


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Quadro 2: Componentes para montagem do robô

Componente Imagem Componente Imagem

1 Placa Arduino UNO

2 Diodos

IN-4007 ou similares

2 Motores DC 5V c/ caixa de redução

4 pilhas

AA 1,5 V

2 Rodas p/ motores DC/CC

1 Bateria 9V

1 Protoboard pelo c/ menos 400 furos

1 Conector p/ bateria 9V com plugue

Diversos jumpers ou fios para conexão

1 rodízio pequeno

1 Suporte para pilhas de tamanho

AA c/ 4un

1 Lanterna

2 Transistores TIP 120 ou similares

3 Resistores entre 600 e 700 Ohm

3 Sensores luminosidade (LDR)

2 Resistores entre 1,0 e2,0 K Ohm

Observações: Você poderá utilizar também, outros recursos para auxiliar na montagem dos componentes, como: canudos de plástico, tubos de canetas, alicate, chave de fenda, tesoura, cola, etc.

Fonte: Autor

Montagem corpo do robô: Para confeccionar o corpo do robô, você

poderá utilizar pedaços de madeira, acrílico ou papelão rígido, que

poderão ser fixados com cola, braçadeiras ou parafusos. A Figura 5,

mostra o esquema para montagem do corpo do robô.


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Figura 5: Esquema de montagem do corpo do robô Fonte: Autor

Esquema de ligação: Utilize como referência o esquema mostrado na

Figura 6, para fazer a conexão dos componentes elétricos, eletrônicos e

eletromecânicos do robô.

Figura 6: Esquema de ligação do Robô controlado por sensores de luminosidade Fonte: Autor (desenvolvido no aplicativo Fritzing3)

Codificação do programa: Para controlar o robô através dos sensores

de luminosidade, você deverá escrever a codificação do programa que

3Fritzing: Aplicativo desenvolvido pela fundação “FriendsofFritzing”, que permite criar, documentar e compartilhar protótipos de circuitos eletrônicos. (http://fritzing.org)

http://fritzing.org/


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deverá ser executado no Arduino, Quadro 3. O programa deverá ser

codificado na interface de desenvolvimento do Arduino (IDE) e enviado

para a placa controladora.

Quadro 3: Codificação do programa de controle do robô

int valorLDR1; // Variavel Sensor LDR1



int pinoLDR1 = 0; // Pino LDR1 - A0



int pinoMotor1 = 8; // Pino Motor1

int pinoMotor2 = 9; // Pino Motor2

void setup()

{

pinMode(pinoMotor1, OUTPUT); // Ativa pinoMotor1 - Saída

pinMode(pinoMotor2, OUTPUT); // Ativa pinoMotor1 - Saída

}

void loop()

{

valorLDR1 = analogRead(pinoLDR1); // Leitura Sensor LDR1



// Testar LDR1, LDR2 E LDR3

if (valorLDR1 > 200)

{

digitalWrite(pinoMotor1, HIGH); // Liga Motor1

digitalWrite(pinoMotor2, LOW); // Desliga Motor2

}

else if (valorLDR2 > 200)

{



}

else if (valorLDR3 > 200)

{



}

else

{



}

delay(10); // Pausa

}

Fonte: Autor (escrito no IDE do Arduino)


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4 ORIENTAÇÕES AO PROFESSOR

Você poderá fazer a análise das atividades desenvolvidas por meio de

observações de aulas, registros em áudio e vídeo, anotações registradas pelos

participantes, material de apoio didático, esquemas e modelos, apresentação e

exposição das atividades de automação e protótipos desenvolvidos. Também

poderão ser analisadas as respostas dos alunos a questionários e depoimentos

colhidos em entrevistas durante o desenvolvimento do projeto.

A análise pode feita de forma qualitativa e quantitativa levando em

consideração vários aspectos, como: o acompanhamento das atividades de

fundamentações técnicas; as observações dos trabalhos efetuados nas oficinas

experimentais; as habilidades na utilização dos recursos tecnológicos.


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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Ao estabelecermos uma metodologia de trabalho sob a perspectiva de

uma aprendizagem baseada em projetos educacionais, conseguimos estruturar

todo o nosso processo de treinamento com etapas e papéis bem definidos. As

flexibilizações pedagógicas inseridas na prática dos trabalhos com projetos

educacionais permitem o posicionamento dos alunos quanto ao planejamento,

às ações, às escolhas, às trajetórias, que ocorrem através da autonomia, que

está no cerne dessa metodologia. Nossas considerações sobre o projeto

convergem de forma favorável a utilização de protótipos robóticos e sistema de

automação, como artefatos que podem auxiliar no ensino e aprendizagem dos

conteúdos de Matemática e Física.

Nesse processo de aprendizagem, podem ser evidenciados, a interação,

a participação e a troca de ideias pela busca de soluções para os problemas

propostos em cada atividade executada. Isso, sem dúvida, proporciona o

desenvolvimento do trabalho colaborativo, do senso de liderança, da autonomia

e da criatividade que se configura como objetivos específicos do nosso trabalho

de pesquisa.

Podemos considerar que a investigação aponta resultados favoráveis a

utilização das técnicas de Robótica Educacional, sob a perspectiva da

aprendizagem baseada em projetos educacionais, possibilitando que os alunos

possam aprender de forma mais significativa e contextualizada, alguns

conceitos de Matemática e Física.

Acreditamos que a proposta pedagógica da escola deve ser

fundamentada numa visão crítica da sociedade, a partir das divergências nela

existentes, procurando atuar nessa realidade, provocando transformações

sociais. Nessa abordagem qualquer que seja o processo educativo adotado,

nascerá fadado ao insucesso, se não respeitar a realidade do aluno, não

valorizar sua bagagem cultural e não fizer uso de um trabalho sistemático,

planejado e consciente que possibilite a apropriação do saber elaborado por

esses alunos.


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REFERÊNCIAS

BIE. BUCK INSTITUTE FOR EDUCATION. Aprendizagem baseada em

projetos: guia para professores de ensino fundamental e médio. Trad. Daniel

Bueno. 2. ed. Porto Alegre: Artmed, 2008.

HERNÁNDEZ, F.; VENTURA, M. A organização do currículo por projetos de

trabalho: O conhecimento é um caleidoscópio. 5. Ed. Trad. Jussara Haubert

Rodrigues. Porto Alegre: Artmed, 1998.

MENEZES, E. T. de; SANTOS, T. H. dos. "Robótica educacional" (verbete).

Dicionário Interativo da Educação Brasileira - EducaBrasil. São Paulo: Midiamix

Editora, 2002. Disponível em: <http://www.educabrasil.com.br/eb/dic/dicionario.

asp?id=49>. Acesso em: 14 jun. 2015.

NOGUEIRA, N. R. Pedagogia dos projetos: etapas, papéis e atores. 4. ed.

São Paulo: Érica, 2008.

PAPERT, S. A Máquina das Crianças: repensando a escola na era da

informática. Porto Alegre: Artes Médicas, 1994.

projetos de robótica educacional como apoio ao ensino de ... · as pessoas, o ambiente...

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