PROJETO DIDÁTICO DE UMA CARENAGEM PARA ALUNOS
INGRESSANTES NO CURSO DE ENGENHARIA
Sérgio Leal Ferreira
USP-EP, Departamento de Engenharia de Construção Civil sergio.leal@poli.usp.br
Brenda Chaves Coelho Leite
USP-EP, Departamento de Engenharia de Construção Civil brenda.leite@poli.usp.br
Cheng Liang Yee
USP-EP, Departamento de Engenharia de Construção Civil cheng.yee@poli.usp.br
Eduardo Toledo Santos
USP-EP, Departamento de Engenharia de Construção Civil eduardo.toledo@poli.usp.br
Fabiano Rogerio Correa
USP-EP, Departamento de Engenharia de Construção Civil fabiano.correa@poli.usp.br
Fernando Akira Kurokawa
USP-EP, Departamento de Engenharia de Construção Civil fernando.kurokawa@poli.usp.br
Joao Roberto Diego Petreche
USP-EP, Departamento de Engenharia de Construção Civil joao.petreche@poli.usp.br
Resumo
Este artigo tem o objetivo de relatar uma experiência didática feita nos anos de 2010 e 2011 e discutir os seus resultados para que professores de disciplinas correlatas possam obter subsídios e utilizar parâmetros que os ajudem a realizar suas próprias experiências com resultados ainda melhores.
Palavras-chave: Ensino, Comunicação Gráfica, Geometria, Representação, Engenharia.
Abstract
This paper aims to describe a didactical experience that was carried out during 2010 and 2011 and discuss its results. This will give subsidies to teachers of correlated disciplines and useful parameters to be applied in their own experiences and, in this way, obtain even better results.
Keywords: Teaching, Graphical Communication, Geometry, Representation, Engineering.
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Contexto das disciplinas de comunicação gráfica na EPUSP
Geometria Gráfica para Engenharia e Representação Gráfica para Engenharia são os nomes das duas disciplinas de comunicação gráfica, obrigatórias, que fazem parte do currículo de todos os atuais setecentos e cinquenta ingressantes nos dezessete cursos/habilitações de Engenharia da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
Atualmente a entrada no primeiro ano se faz por grupos de cursos/habilitações, conforme indicado na Tabela 1.
Tabela 1: Vagas no Vestibular para Engenharia da Escola Politécnica da USP.
Grupo de Cursos/Habilitações Escolha do Curso/ Habilitação Vagas
Engenharia Civil e Engenharia Ambiental Final do primeiro ano 180 Engenharia Elétrica, com as opções de: Automação e Controle; Energia
e Automação; Telecomunicações; Sistemas Eletrônicos. Final do primeiro ano 140 Engenharia Mecânica e Engenharia Naval Final do primeiro ano 110 Engenharia Química\Metalúrgica\de Materiais\de Minas e de Petróleo Final do primeiro ano 120 Engenharia de Computação e Engenharia Elétrica (Ênfase em
Computação) Final do primeiro ano 70
Engenharia Mecânica-Automação e Sistemas (Mecatrônica) Vestibular 60
Engenharia de Produção Vestibular 70
Total: 750
Somados os alunos ingressantes no vestibular, os alunos que fazem a disciplina novamente e os alunos de transferência tem-se o total de aproximadamente 840 alunos.
Esses alunos são divididos em turmas de no máximo 48 alunos, formando 18 turmas. O número 48 é devido ao número de lugares nas salas de aula (Figura 1), e estão associados também à disponibilidade de um computador por mesa e dois lugares por mesa. Essa configuração foi objeto de diversos estudos (CHENG e GIUNTA, 2004, GIUNTA e CHENG, 2006).
A equipe de professores conta atualmente com 8 integrantes. Também dão suporte ao curso 8 alunos monitores.
As disciplinas estão inseridas no primeiro ano do ciclo básico. As outras disciplinas que são oferecidas neste ano são apresentadas na Tabela 2 e na Tabela 3.
Figura 1: Espaços das salas de aula: Projetado (esquerda) e Executado (direita) Tabela 2: Primeiro semestre.
1º Período Ideal Créditos Aula Semanal
Créditos Trabalho Semanal
Carga Horária (créditos/semestre)
Física Geral e Experimental para Engenharia I 4 0 60
Introdução à Computação para Engenharia 4 0 60
Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia I 6 0 90
Álgebra Linear para Engenharia I 4 0 60
Geometria Gráfica para Engenharia 2 1 60
Introdução à Engenharia 3 1 75
Química Tecnológica Geral 4 0 60
27 2 465
Tabela 3: Segundo semestre.
2º Período Ideal Créditos Aula Semanal Trabalho Créditos Semanal
Carga Horária (créditos/semestre)
Física para Engenharia II 4 0 60
Álgebra Linear para Engenharia II 4 0 60
Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia II 4 0 60
Cálculo Numérico 4 0 60
Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia 4 0 60
Laboratório de Física para Engenharia II 2 0 30
Mecânica A 4 0 60
Representação Gráfica para Engenharia 2 1 60
28 1 450
Cada 15 horas de aulas correspondem a 1 crédito-aula (Regimento Geral da USP, Artigo 65, §2º). Cada 30 horas de trabalho (laboratório, por exemplo) correspondem a 1 crédito-trabalho (Resolução do Conselho de Graduação da USP, Nº 3895, de 29 de Novembro de 1991, conforme Regimento Geral da USP, Artigo 65, §3º).
Para cada semestre consideram-se 15 semanas (30 semanas por ano - 180 dias - Resolução do Conselho de Graduação da USP, Nº 3903, de 27 de Dezembro de 1991, Artigo 2).
Pela carga horária, as disciplinas de comunicação gráfica representam aproximadamente 13% do primeiro ano.
As disciplinas da área tecnológica no primeiro ano são: Introdução à Engenharia (60 créditos), Química Tecnológica Geral (60 créditos), Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia (60 créditos) e as duas disciplinas relacionadas à expressão gráfica (120 créditos). Nesse quadro, as matérias relacionadas à expressão gráfica representam cerca de 40% do contato mais direto com a tecnologia no primeiro ano.
Essa realidade faz com que as matérias de comunicação gráfica tenham um papel proeminente na impressão que os alunos têm do curso de Engenharia.
Por esse motivo, as atividades didáticas das disciplinas de comunicação gráfica são elaboradas para que os alunos aprendam o conteúdo básico através de temas mais relacionados à engenharia quanto for possível. Em contrapartida, não se pode aprofundar em temas com os quais eles ainda não tiveram nenhum contato. Atingir o nível de profundidade suficiente para motivar os alunos e ao mesmo tempo não divergir do essencial para a comunicação gráfica é um dos principais desafios na elaboração das atividades tanto com relação ao tema quanto com relação à expectativa de resultados. Pode-se dizer que a definição mais adequada depende de um histórico de experimentações e avaliações que tem sido uma constante no trabalho nessas disciplinas (CHENG et alii, 1998; SANTOS et alii, 1998; SANTOS et alii, 1999 (1) ; SANTOS et alii 1999 (2); FERREIRA e SANTOS, 2000; SANTOS et alii, 2003 (1); SANTOS et alii, 2003 (2)). As disciplinas estão em constante transformação para adaptar-se a novas tecnologias, demandas profissionais e, principalmente, para o melhor aproveitamento possível do tempo disponível para a disciplina no curso.
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Dedicação à disciplina
Outro desafio é estabelecer a dedicação desejável e compatível dos alunos à disciplina.
A carga horária prevista para as disciplinas é de dois créditos-aula semanais (30h/semestre, 2h/semana) de aulas e 1 crédito-trabalho semanal (30h/semestre, 2h/semana), correspondendo a 4 horas semanais no total. A dedicação básica é a assistência às aulas, o estudo individual que inclui a execução de exercícios e o treinamento na ferramenta computacional utilizada no semestre.
No primeiro semestre o aluno tem que dispor para todas as disciplinas do curso de 27 créditos-aula x 60 minutos + 1 crédito-trabalho x 120 minutos = 1860 minutos ou 31h00 semanais. Tendo em conta a previsão de 5 dias com 8 horas mais 1 dia com 4 horas de dedicação ao estudo, o máximo seriam 44 horas semanais. Sobram 13h00
semanais para dedicar-se as tarefas diretamente referentes ao curso, de todas as disciplinas, fora de sala.
Sendo proporcional à carga horária da disciplina (aprox. 13% do total), dessas 13h00 semanais, cerca de 1h40 devem ser dedicadas fora de sala às disciplinas de comunicação gráfica. A Tabela 4 resume esses cálculos.
Isso significa cerca de 25h00 no semestre para o estudo individual, para a execução de exercícios e para a atividade pedagógica (projeto semestral). É importante ressaltar que estas três atividades são complementares e quando o aluno se dedica a uma delas estará também aprendendo, pelo menos em parte, a outra.
Das atividades fora de sala da disciplina além do estudo em geral são cobrados 6 exercícios em papel e o projeto semestral, que consta de 5 entregas. Para os exercícios estima-se 50
minutos de dedicação (total de 6 x 50 = 300 minutos por semestre, 5h00). As restantes 20 horas são distribuídas pelas 5 entregas do projeto semestral (média de 2h00 por entrega) pelo
estudo em geral (40 minutos por semana – 15 semanas – além dos exercícios). A Tabela 5 resume esses cálculos.
Há que se ter em conta que o projeto semestral é um trabalho feito em grupo o que faz com que a dedicação ao trabalho se multiplique pelo número de integrantes do grupo (3 ou 4 alunos).
Tabela 4: Cálculo dos tempos disponíveis para a disciplina no semestre.
semanal semestral
Atividade minutos horas minutos horas Obs
A) Carga Horária Geral 1.860 31h00 27.900 465h00 27 créditos-aula + 2 créditos-trabalho B) Carga Horária Disciplina 240 4h00 3.600 60h00 Aulas + Provas + Treinamento Ferramenta C) Limite 2.640 44h00 39.600 660h00 8 horas por dia x 5 dias + meio período
Sobra em geral = C - (A+B) 780 13h00 11.700 195h00
Sobra para a disciplina proporcional à carga horária
(+/-13%) 100,645 1h41 1.509,68 25h10
Tabela 5: Cálculo da distribuição do tempo pelas tarefas da disciplina.
unitário semestral
Atividade quantidade minutos horas minutos horas Obs
Exercícios no papel 6 50 0h50 300 5h00 Exercícios feitos fora da sala Estudo em geral 15 40 0h40 600 10h00 Dedicação ao estudo por semana ao longo das 15 semanas de aula Entregas do Projeto 5 120 2h00 600 10h00 Algumas entregas exigem mais do que outras; Trabalho em grupo (grupos de
3 ou 4)
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Primeiro e Segundo semestres
Apesar de tratar de um assunto central, a comunicação gráfica é separada em duas disciplinas devido à atual estrutura dos cursos de Engenharia da Escola Politécnica. Por esse motivo foi preciso dividir os temas com vistas a fechar dois ciclos distintos de conhecimento. A abordagem atualmente utilizada para a divisão entre os temas dos semestres leva em conta distinções entre manipulação e representação bidimensional e tridimensional. O primeiro semestre concentra a atenção na resolução de problemas planos e espaciais através das metodologias de representação no plano. O segundo semestre concentra a atenção na resolução de problemas espaciais e sua representação/modelagem tridimensional através de ferramentas computacionais e a representação plana é encarada como uma conseqüência do modelamento.
Um anseio constante da equipe de professores é fazer com que os alunos desenvolvam o aprendizado da comunicação gráfica para a engenharia através de diversas fontes. Uma delas é a aplicação prática de conhecimentos adquiridos na forma de um projeto no qual se desenvolvam os conteúdos das disciplinas.
O trabalho do segundo semestre tem um tema bastante bem estabelecido e tradicional, que é o desenvolvimento de um carrinho autônomo que executa uma tarefa diferente a cada ano. A Figura 2 e a Figura 3 ilustram algumas fases desse projeto com um trabalho realizado por um grupo de alunos em 2010.
No segundo semestre, o acúmulo de conhecimentos e experiências de estudo ao longo do ano facilita a definição de um trabalho didático mais ambicioso e que já tem apresentado resultados bastante satisfatórios.
O restante deste artigo concentra-se em descrever a experiência didática do primeiro semestre, que costuma ser mais difícil de definir pela pouca prática dos alunos nos temas de comunicação gráfica e que recentemente sofreu mudanças profundas.
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Conteúdos e escolha do Tema do Projeto do primeiro semestre
Uma vez calibrado o tempo que seria adequado à dedicação dos alunos ao trabalho semestral, tratou-se de determinar os conteúdos desejáveis de serem abordados e, conseqüentemente, o tema específico. Para que o aluno pudesse ter os conhecimentos e outros subsídios necessários ao longo do desenvolvimento do trabalho e para evitar falhas de planejamento deixando o trabalho se acumular, estabeleceram-se cinco entregas parciais ao longo do semestre.
Figura 2: Representação técnica do projeto (segundo semestre)
Figura 3: Modelo tridimensional mostrando as peças internas do carrinho (segundo semestre) Sendo assim, o tema específico do projeto tem que se adaptar ao esquema de entregas parciais e tem que abordar o máximo de conteúdos possíveis.
Os conteúdos abordados na disciplina do primeiro semestre, em resumo, são: Desenho Geométrico: Lugares Geométricos, problemas de tangência; Geometria Descritiva: principais elementos, mudanças de plano
(Verdadeira Grandeza);
Geometria Cotada: representação e manipulação de superfícies regulares; Superfícies Topográficas: representação e manipulação de superfícies
Além das diretrizes anteriores, houve a intenção de escolher um tema que pudesse servir de suporte à melhoria do trabalho no segundo semestre, identificando também um maior o vínculo entre os semestres. O resultado foi a escolha da elaboração e confecção da carenagem de um carrinho genérico que fosse suficientemente complexa para demonstrar as habilidades e conhecimentos adquiridos e que preparasse o caminho para o desenvolvimento de um carrinho em particular no segundo semestre.
Em seguida determinaram-se as datas e formas de entrega, que também tem que ser muito bem distribuídas para não sobrecarregar o aluno em períodos inadequados por concorrência com provas de outras disciplinas, por exemplo.
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Acompanhamento e apoio
O contato com os alunos se faz pessoalmente, nas aulas ou em horários de atendimento, e pela Internet, através de um sistema aberto implementado pelo departamento, o Moodle.
O atendimento aos alunos no Moodle, especificamente relativo ao projeto, se faz através de um FAQ (página com perguntas e respostas freqüentes) e um Fórum (perguntas e respostas postadas).
A disciplina conta com o suporte de alunos monitores: com o auxílio da Reitoria, da Diretoria da Escola, do Departamento e da Coordenação do Ciclo Básico foi possível contar com bolsas de monitoria. Esses alunos monitores dão apoio principalmente ao treinamento da ferramenta computacional disponível para o projeto.
A disponibilização da ferramenta computacional de projeto foi possível graças a um convênio com uma empresa de CAD de grande porte (AutoDesk® : http://students.autodesk.com/), que facilitou gratuitamente o acesso a uma gama enorme de ferramentas a todos os alunos da Universidade.
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Fases do Projeto e outros detalhes
Uma característica principal do trabalho é que ele é feito em grupo. Pelo tamanho do trabalho calculou-se que a dedicação de 3 ou 4 alunos por grupo seria equilibrada.
Como mencionado anteriormente, o trabalho constou de 5 entregas que correspondem aproximadamente aos conteúdos do curso apresentados antes da ocasião da entrega:
Maquete de Aquecimento: treinamento na execução de uma maquete simples, preparando uma abordagem mais complexa. Todos os dados são disponíveis para que o aluno consiga realizar a planificação e a montagem das faces de uma peça ainda de forma um pouco intuitiva;
Esboço com o Design da Carenagem (Figura 5): Esboço da idéia básica da carenagem escolhida pelo grupo. Os alunos são orientados a realizarem algo que os motivem e cujas superfícies sejam suficientemente complexas a fim de demonstrarem a aplicação dos conhecimentos adquiridos;
Projeções Ortogonais da Carenagem: O uso da Geometria Descritiva para produzir visões da carenagem. Ainda não se trata do desenho técnico em si, mas já se aplicam os princípios geradores das vistas. Na maquete de aquecimento eles já tiveram contato com o resultado das projeções das peças mais simples;
Desenvolvimento de Superfícies da Carenagem (Figura 6): planificação das faces e superfícies. O trabalho de planificação é um exercício excelente de aplicação de mudanças de plano buscando a sua verdadeira grandeza; Maquete (Figura 7) e Relatório Complementar: Execução da maquete final
e documentação do processo. Avalia-se a precisão e o cuidado na manipulação dos materiais além da correspondência com as entregas anteriores.
Figura 4: Peça para a tarefa de aquecimento. Figura 5: Esboço do grupo T13-C
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Conclusão e Discussões
Os projetos sem dúvida resultaram em um grande benefício de aprendizagem para os alunos, tanto no que diz respeito aos conhecimentos adquiridos quanto com relação à prática do trabalho em grupo.
Em 2010 o trabalho representou 858 arquivos enviados através do Moodle, sendo aproximadamente 210 por entrega, o que corresponde ao número total de grupos (em torno de 11 grupos por turma). Uma boa parcela dos trabalhos apresentou qualidade dentro do esperado. Alguns exemplos estão ilustrados na Figura 8.
No entanto, constatou-se que a maior parte dos alunos não soube calibrar bem o nível de complexidade. Isso acabou gerando duas abordagens: arriscar uma complexidade maior e depois não conseguiram apresentar a maquete pela dificuldade intrínseca do objeto escolhido ou não arriscar e produzir uma carenagem de complexidade insuficiente para avaliar o conhecimento adquirido. Essa calibragem da complexidade foi objeto de maior orientação em 2011.
Outra dificuldade com relação à complexidade diz respeito à habilidade para trabalhar com papel. Nem sempre nos grupos existiam alunos com mínima destreza para realizar tarefas com papel. Considerou-se que este tipo de dificuldade faz parte do aprendizado. Espera-se que o aluno conquiste a mínima destreza antes do curso universitário.
Figura 6: Algumas peças do desenvolvimento das Superfícies do grupo T13-C
Atualmente, o ensino médio e o fundamental não contemplam necessariamente a matéria de Desenho Geométrico, muito menos a Geometria Descritiva. Essa falta de desenho nos cursos anteriores à faculdade reflete-se profundamente nos alunos do primeiro semestre. Aqueles que têm esse déficit precisam se dar conta da dificuldade adicional e recorrer com mais frequência aos momentos de orientação. Com relação ao projeto, no momento da formação dos grupos o ideal equilibrar as deficiências e as virtudes para que o trabalho seja também um momento de aprendizado mútuo.
Apesar das dificuldades, o balanço de 2010 foi positivo. Em 2011 foram implementados alguns ajustes que produziram avanços e em breve serão recolhidos os resultados para uma nova análise e um novo desenvolvimento das disciplinas de comunicação gráfica.
Figura 7: Maquete do grupo T13-C
Figura 8: Esboços e Maquetes de alguns trabalhos.
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