As quatro fases do trabalho de Pólya aplicado a Robótica Educacional

Diante de uma situação problema, seja ele dentro dos contextos escolares ou não, presenciamos uma tendência imediata dos jovens estudantes no questionamento acerca do “como se faz”. Isso atrelado a uma incidência tecnológica fundamentada na dinâmica da informação (da resposta) torna-se um problema para o trabalho docente atual.

O trabalho docente fundamentado no levantamento de questões e busca pela reflexão discente finda sendo barrado pelo imediatismo procedimental.

Pólya defende a atenção sobre quatro fases de trabalho que devem ser consideradas para uma assimilação e direcionamento conveniente sobre a resolução de um determinado problema.

A primeira etapa constitui a compreensão do problema, que é determinante para o devido envolvimento do estudante na questão a ser resolvida. Projetos de robótica educacional podem ser desenvolvidos a partir de situações problemas comuns do dia a dia escolar, como por exemplo, o desenvolvimento de sistema de irrigação automático da horta escolar32.

Um projeto como o citado pode ser originado a partir de diversos temas transversais discutidos dentro dos componentes curriculares da escola, como por exemplo:

• Desperdício de água; • Fontes de energia; • Ciclo de vida vegetal; • Agricultura e alimentação; • Economia;

• Políticas sociais.

A compreensão do problema só é alcançada pelo estudante, se este problema fizer sentido para seu contexto, seja ele social ou pessoal. Caso essa premissa não seja atendida presenciamos de forma muito comum o questionamento discente do “para que isto vai servir na minha vida”.

Este é o principal impasse para o desenvolvimento curricular uma vez que o mesmo não traz em sua mediação significado funcional para o estudante e por conta disto, não ocorre a compreensão do problema a ser explorado.

Neste sentido, um projeto de robótica educacional como o previamente citado, pode atender plenamente conteúdos curriculares dentro de seu enredo, como por exemplo:

• Biologia: reprodução dos vegetal/ ciclo da água; • Física: fontes de energia/ eletricidade;

• Química: reações fotoquímicas;

• Matemática: geometria plana/ grandezas matemáticas/ finanças; • Geografia: Políticas de distribuição de energia

• História: Evolução das tecnologias agrícolas

Para além dos conteúdos curriculares, também findam por ser trabalhados conhecimentos que envolvem:

• Desenho técnico;

• Desenho vetorial e 3D orientado por computador; • Técnicas de hidráulica e eletricidade;

• Programação de microcontroladores; • Desenvolvimento de aplicações.

Como explicitado por Pólya, o “problema deve ser bem escolhido, nem muito difícil nem muito fácil, natural e interessante, e um certo tempo deve ser dedicado à sua apresentação natural e interessante”.

Isso implica que o projeto de robótica educacional sugerido deve partir como base a viabilidade de efetivação por parte dos estudantes, pois, não faz sentido propor por exemplo, o desenvolvimento de um scanner de ondas cerebrais a alunos da primeira etapa do ensino fundamental, que não dominam conceitos de neurociências.

As incógnitas a serem relacionadas dentro de um projeto de robótica educacional, são as finalidades de que se propõe o desenvolvimento do protótipo, e estas devem estar bem claras para os alunos a ponto de serem ressignificadas em símbolos ou signos apropriados para a posterior “estabelecimento do plano”, que na robótica se configura como a “prototipação”.

Encerrar ao projeto como a solução dos problemas desencadeadores do mesmo findam por matar a natureza exploratória da atividade, uma vez que a suposição dessa possibilidade deve fugir da resposta definitiva. É justamente esta natureza do “será”, que motiva a construção e posteriormente a prova, validação e reelaboração do protótipo.

“Há uma outra indagação que pode se útil neste estágio preparatório, desde que não se espere para ela uma resposta definitiva e sim uma provisória, uma suposição: É possível satisfazer a condicionante?” (POLYA)

Seguindo a exploração desta etapa, assim como Pólya em sua obra, segue abaixo uma exposição de forma exemplificada da etapa de compreensão do problema;

Exemplo:

Verificar o desenvolvimento vegetal e consumo de água e energia em horta escolar/comunitária com sistema de irrigação automática.

Para a devida discussão do projeto os alunos devem ter noções prévias sobre ciclo de vida dos vegetais, ciclo da água, atuadores elétricos e programação de sensores. Os dois últimos tópicos são inerentes a conhecimentos específicos da robótica educacional que normalmente tem se difundido sem sistematização curricular, mas que com o apoio de professores em oficinas específicas findam a ser discutidas entre alguns estudantes.

Em relação ao diálogo inicial entre o professor e alunos, poderíamos ter: - Quais as questões a serem resolvidas?

- Economia de água e desenvolvimento vegetal. -Quais informações dispomos?

- Planta baixa da horta e distribuição de plantio de hortaliças (vide pesquisa de campo), consumo de água diário (vide experimento).

-Como podemos denotar as variáveis a serem estudadas?

- Consumo diário de água (a), tempo de maturação de hortaliça (t), economia de água (e).

- Qual a condicionante que relaciona a economia de água (e) com o consumo diário de água (a) e o tempo de maturação da hortaliça (t).

- A economia (e) é a diferença entre o consumo de água diário (a) antes e depois da instalação de sistema de irrigação automatizado, considerando o tempo de maturação (t) das hortaliças.

- A construção desse sistema de irrigação pode de fato economizar água mantendo ou melhorando o tempo de maturação das hortaliças?

- Considerando a restrição programada do volume de água dentro dos períodos de irrigação para alcançar a maturação de hortaliças em tempo similar a irrigação manual, pode- se sim obter uma irrigação mais eficiente e econômica.

O estabelecimento do plano é colocado por Pólya como a segunda etapa para resolução do problema. De forma indireta os questionamentos acima levam a instauração das estratégias a serem percorridas de tal forma a obter pelo menos por alto os resultados desejados. Estes questionamentos findam por ser refinados através da experimentação dos testes e falhas obtidos pelo sistema proposto o que é muito comum nesta etapa da robótica, normalmente conhecida como prototipação.

O ponto de partida para a prototipação, se embasa nos conhecimentos previamente adquiridos, os quais são fundamentais para o desenvolvimento do projeto, assim como afirma Polya ao dizer que:

“Sabemos, naturalmente, que é difícil ter uma boa idéia se pouco conhecemos do assunto e que é impossível tê-la se dele nada soubermos. As boas idéias são baseadas na experiência passada e em conhecimentos previamente adquiridos. Para uma boa idéia, não basta a simples recordação, mas não podemos ter nenhuma idéia boa sem relembrar alguns fatos pertinentes. Não bastam os materiais para a construção de uma casa, mas não podemos construí-la sem lançar mão dos materiais necessários. Os materiais indispensáveis à resolução de um problema matemático são certos itens relevantes do conhecimento matemático já adquirido, tais como problemas anteriormente resolvidos e teoremas anteriormente demonstrados.” (POLYA, p. 5)

O valor que Polya atribui ao resgate da experiência de problemas anteriores denota a importância pela identificação de similaridades entre situações correlatas.

Na etapa de prototipação normalmente o estudante se debruça na pesquisa de outros protótipos já existentes e que possam atender a necessidade do seu projeto. Na situação de inexistência surge então a necessidade de remodelar alguma estrutura mais próxima ou dependendo a modelagem completa do mecanismo a ser construído.

Esta etapa, na robótica educacional, corresponde as implícitas indagações descritas por Polya:

1- “Conhece um problema correlato?”

2- “Considere a incógnita! E procure pensar num problema conhecido que tenha a mesma incógnita ou outra semelhante.”

3- “Eis um problema correlato já resolvido. É possível utilizá-lo?”

Na ocorrência de nenhuma das três indagações forem suficientes para extrair das memórias experimentadas pelos estudantes as informações necessárias para iniciar o processo de modelagem do mecanismo surge a necessidade do professor intervir com as seguintes outras indagações:

5- “Se não conseguir resolver o problema, procure antes resolver um problema correlato.”

Neste momento se oportuniza ao estudante a experimentação de problemas mais simples que estruturam e dão corpo ao problema maior.

Na robótica educacional isso corresponde a experimentação, testes e simulações utilizando protótipos e modelos já estabelecidos e difundidos.

Assim como na matemática, objeto de estudo de Polya, esta etapa de múltiplas micro-experimentações finda por distanciar o estudante do problema principal a ser resolvido, muitas vezes inclusive levando a sua total reconfiguração.

Cabe ao professor promover e administrar esta reaproximação por meio da indagação:

6- “Utilizou todos os dados? Utilizou toda a condicionante?

Neste ponto a ação pode retornar à indagação número 3 e partir para a etapa de execução do plano.

O plano traçado corresponde ao protótipo concebido pelo estudante.

A etapa de execução, no que diz respeito a construção do protótipo deve ser minuciosamente analisada pelo estudante, uma vez que em função da experiência obtida na etapa de prototipação leva muitas vezes o estudante a simplesmente executar a construção de forma mecânica e sem reflexão a fim de levar a consolidação estrutural e consequente obtenção da resposta sobre a viabilidade do projeto desenvolvido.

A execução da construção por parte do estudante será mais fluida a medida que a concepção do protótipo tenha sido realizada por ele, o que não ocorre na situação em que um protótipo é sugerido por um terceiro.

Esta tem sido a principal falha dos kits educacionais de robótica, pois suas composições são fechadas a construção dos modelos pré-estabelecidos, o que normalmente não correspondem a realidade tratada in loco. Por outro lado, são ótimos materiais para serem utilizados para promover a indagação número 5 da etapa de estabelecimento do plano.

A insistência por parte do professor pela atenção em cada etapa da construção do protótipo deve-se ao fato de que o estudante deve ter plena convicção de que os conjuntos de sistemas que compõe o todo do protótipo responderão devidamente como planejados, o que promove a oportunidade das múltiplas aprendizagens dentro da execução do projeto. Isso significa dizer que ao construir um mecanismo robótico, o estudante deve ser capaz de identificar como cada sistema (variável) influi na resposta final (incógnitas).

Isso não ocorre na situação em que o aluno só executa a construção baseada num modelo pré-estabelecido em um manual de instruções, assim como na matemática ao receber a “fórmula” que deve ser utilizada para obtenção da resposta.

O retrospecto apresentado por Polya é na robótica educacional uma das etapas mais importantes, justamente pelo fato de proporcionar a relação da criação do estudante com o mundo. Esta etapa propicia a revisão de todas as etapas anteriores a fim de promover um refinamento sobre as competências e habilidades desenvolvidas durante a realização do projeto. Um aluno que não negligencia esta etapa sempre apresenta uma nova reformulação para seu protótipo além de execuções de construção cada vez mais aprimoradas e rápidas o que explicita o sucesso no que diz respeito a habilidade de resolução de problemas.

Por isso é importante a atenção do professor em incitar a realização desta etapa por parte do estudante, para que sua aprendizagem não se finalize na entrega do protótipo construído.

É importante lembrar que, o objeto da robótica educacional não é a construção final e sim a consciência das relações entre as variáveis e incógnitas estabelecidas durante todas as etapas de realização de um projeto.