Uma proposta de aplicação da robótica educacional na
compreensão de conceitos da função do 2° grau
Emília Casagrande¹, Leandro Boszko² 1, 2
Instituto de Ciências Exatas e Geociências- Universidade de Passo Fundo (UPF) Caixa Postal 611 - Passo Fundo – RS – Brasil
70372@upf.br, 154794@upf.br
Abstract. The function of the 2nd degree is part of both the physical discipline of mathematics as being often studied in the same quarter in both disciplines. Most of the time, it worked without interrelationship between disciplines and decontextualized form of student reality. Aiming to change this situation, this paper presents some possibilities for better understanding of physical and mathematical concepts using a technological resource: educational robotics. Through robotics seeks to contribute to the learning of quadratic functions, mainly in its applicability in physics in relation to the study of kinematics. In this design, practical activities can help to raise math view in the classroom to everyday life of students, thus making the classes more dynamic and interesting.
Resumo. A função do 2°grau faz parte tanto da disciplina de física quanto da matemática sendo, muitas vezes, estudada no mesmo bimestre em ambas as disciplinas. Na maioria das vezes, é trabalhada sem inter-relação entre as disciplinas e de forma descontextualizada da realidade do aluno. Visando mudar esse quadro, este trabalho apresenta algumas possibilidades para melhor compreensão de conceitos físicos e matemáticos utilizando um recurso tecnológico: a robótica educacional. Através da robótica busca-se contribuir com a aprendizagem das funções quadráticas, principalmente na sua aplicabilidade em física com relação ao estudo da cinemática. Nesta concepção, atividades práticas podem contribuir para aproximar a matemática vista na sala de aula ao cotidiano dos alunos, tornando assim as aulas mais dinâmicas e interessantes.
1. Introdução
A matemática muitas vezes é encarada como uma disciplina de difícil compreensão. Acredita-se que um dos motivos seja a maneira com que é trabalhada em sala de aula: complexa e descontextualizada da realidade do aluno. De acordo com Santos (2012), muitas vezes a metodologia utilizada em sala de aula é aquela em que o professor fala ou escreve no quadro, e o aluno copia e realiza exercícios de fixação como forma de garantia da aprendizagem. Esse modelo tem se mostrado ineficiente e ultrapassado, pois com tantas tecnologias disponíveis e acessíveis, a qualquer momento em que o aluno deseje ele pode obter a informação através de pesquisas na internet, por exemplo. O aluno precisa ser ativo no processo de construção do conhecimento. Para isso, precisa de
uma aula mais interativa, a fim de que o conteúdo trabalhado na escola tenha significado para ele.
Segundo Gallo (2002), ao se pensar em práticas cotidianas na sala de aula, é recorrente a ilustração das “gavetinhas”, as quais parecem “guardar” de um modo geral os conteúdos ensinados e não relacionados. Ou seja, na aula de matemática o aluno abre sua “gavetinha de matemática”, onde o professor deposita informações sobre a matéria e, no final da aula, o aluno fecha sua “gavetinha”. E sem relacionar conhecimentos, o ato de aprender se resume em fechar e abrir “gavetas”, não permitindo que o sentido dos conhecimentos seja interiorizado pelo aluno. Esse ensino modelo "gavetinhas” faz referência à educação bancária criticada por Paulo Freire (1987). Para o autor, ao depositar conteúdos em diferentes “gavetas” desconectam-se os saberes, desligando-os da realidade. Para o autor, este modelo de educação tradicional tem como característica tratar o aluno como “recipiente” ou tábua rasa, onde apenas os conteúdos são transferidos para os alunos sem nenhuma aplicação de ordem prática dos conceitos. Nesse contexto, não se trabalha a construção da autonomia dos alunos para que possam adquirir as competências previstas nos Parâmetros Curriculares Nacionais, em especial a de tornar o aluno autônomo, sujeito no processo de construção do conhecimento. O ato de formar é muito mais que treinar o educando, é estimular sua capacidade crítica, sua curiosidade, tornando-os seres criativos, instigadores, inquietos e sujeitos do processo.
Daher & Morais (2007) acreditam que a motivação do aprendizado da matemática consiste em um processo de ensino em busca da criação de estratégias na abordagem dos conteúdos. Assim o maior desafio do ensino é “provocar” no estudante o interesse pelo conteúdo. Com relação às novas estratégias de ensino, surge a robótica educacional como recurso potencializador da aprendizagem e na formação de um ambiente pedagógico enriquecedor, especialmente no tangente a um ensino integrado de diferentes disciplinas, promovendo assim a miscigenação de conhecimentos.
Um dos motivos que levaram à escolha este tema se deve às dificuldades que os alunos encontram na interpretação de problemas relacionados à função de 2º grau. Na maioria das vezes, conseguem resolver a equação do 2° grau através da fórmula de Bháskara. Porém, não conseguem interpretar o significado dos valores encontrados, como os valores das coordenadas do vértice e zero da função.
É com o objetivo de diminuir as dificuldades existentes durante o processo de ensino e de aprendizagem da matemática na educação básica que é apresentada, neste trabalho, uma metodologia que consiste em ensinar o conteúdo de funções e 2º grau com enfoque baseado no estudo de fenômenos físicos relacionados ao lançamento de projéteis.
Para isso, será prototipado um aparato tecnológico com o uso do Arduino, aparato este que será utilizado para lançamentos e medições variadas, relativas à velocidade, altura, distância, aceleração e tempo. A este aparato denominamos de Recurso Tecnológico (RT).
Para Santos (2007) o Arduino é focado em prototipagem educacional. Para o autor, ele proporciona fácil acesso ao desenvolvimento de aparatos robóticos devido a seu custo reduzido, alta disponibilidade e baixa complexidade. Para McRoberts (2015) tanto o hardware quanto o software são inteiramente livres, qualquer pessoa pode fabricar seu próprio Arduino para uso e revenda como desejar, o que justifica o baixo
custo do dispositivo, o que leva a crer ser isto mais um facilitador para a sua inserção na escola.
Através da aplicação desse recurso tecnológico, busca-se contribuir com a aprendizagem das funções de 2° grau, principalmente em sua aplicabilidade na física em relação ao estudo da cinemática, que é a ciência que estuda o movimento. O foco deste estudo constitui-se nas turmas de 1º ano do ensino médio, devido à similaridade dos temas: função de 2º grau - ou função quadrática - (Matemática), e lançamento oblíquo – relacionando aqui à cinemática - (Física), e por serem vistos quase que simultaneamente durante o mesmo bimestre. É importante ressaltar que neste trabalho não apresentará resultados, pois é apenas uma proposta a ser aplicada, que utiliza a robótica educacional para maior significação e relação dos conteúdos físicos e matemáticos relacionados com a função polinomial do 2° grau.
Na seção 2 do artigo apresenta uma visão geral sobre a tecnologia na educação. Na seção 2.1 traz a robótica educacional como alternativa didática. Na seção 3 foi descrita a proposta da pesquisa em ensinar conceitos da função polinomial do 2° grau através da robótica e na seção 4 apresenta as conclusões desse estudo.
2. Tecnologia na Educação
Para Kenski (2007, p. 15), “as tecnologias são tão antigas quanto a espécie humana”. Para o autor elas existem desde a idade da pedra, quando os mais fortes se destacavam com ideias para sua própria sobrevivência. Assim, à medida que iam sobrevivendo surgiam novas necessidades. Desta forma, percebe-se que a tecnologia surgiu como necessidade do homem em buscar novas formas de melhorar os processos existentes, desenvolvendo assim mudanças nos diversos setores da sociedade.
Segundo Garcia (2013) vive-se a era tecnológica de tal modo que não é mais possível pensar em educação sem a utilização das tecnologias, pois em todas as áreas da sociedade se beneficiam com a construção de aparatos tecnológicos que surgem para melhorar as atividades e necessidades de cada pessoa.
Partindo da ideia da utilização de recursos tecnológicos na área da educação, é necessário que o professor esteja preparado para as novas mudanças que surgem com o avanço da modernidade, pois o processo de ensino e aprendizagem não é o mesmo de antigamente; mudaram as formas de aprender e ensinar. Os alunos de hoje não são os mesmos de antigamente quando não se existia diálogo entre professor e aluno, onde o professor era considerado a única fonte de informação e os recursos tecnológicos disponíveis eram pífios. Os tempos atuais são outros. Fazemos parte de uma era tecnológica onde diversas tecnologias fazem parte da nossa realidade, como por exemplo a TV, o DVD, a câmera digital, o celular, o retroprojetor, o computador, o rádio, a internet, etc. Assim, é importante que a escola desenvolva nos alunos habilidades para utilizar esses recursos tecnológicos no processo de ensino e aprendizagem, cabendo a ela também integrar a cultura tecnológica ao cotidiano dos alunos.
Na visão de Polato (2009) a união entre as tecnologias e os conteúdos representam novas oportunidades de ensino. O autor também ressalta a importância de analisar se essas oportunidades são significativas para o estudante, ou seja, quanto as tecnologias colaboram para enfrentar os atuais desafios da atualidade.
Assim, os recursos tecnológicos podem representar novas formas de transmissão e articulação do conhecimento, podendo servir como complementação da aula expositiva gerando novas possibilidades na construção do conhecimento. Estes podem possibilitar aos alunos a vivenciar situações reais do conteúdo que está sendo trabalhado pelo professor, como por exemplo, um documentário pode complementar uma aula tradicional, representando uma vivência real do conteúdo, e tornando a aula mais dinâmica, atraindo a atenção e dando significado aos alunos.
Para Brigol (2004), a utilização de tecnologias representa uma possibilidade a mais para estimular o aprendizado, de modo que os participantes do processo passam a investigar as soluções dos problemas, e para as situações de estudo. Para Gomes (2010) a tecnologia, além de contribuir para o processo de construção do conhecimento, também pode ajudar a diminuir as dificuldades que impedem o progresso do aluno, melhorando o seu desempenho através de instrumentos que possibilitam maior compreensão e aplicação dos conteúdos.
Assim, o professor precisa utilizar recursos que transformem suas aulas como forma de instigar na busca do conhecimento, motivando aulas dinâmicas motivadoras, atrativas e entendendo que as tecnologias auxiliam no processo de ensino e aprendizagem funcionando como um suporte, como um recurso a mais, e não como um recurso em sua substituição. Também é importante ressaltar que, não basta só o professor utilizar tecnologia em sala de aula como forma de garantia da aprendizagem, é preciso muito mais que isso. É imprescindível que ele domine o conteúdo, os recursos tecnológicos, o contrato didático e uma série de fatores que influenciam num ambiente pedagógico.
De acordo com Almeida (2001), para melhor contribuição do processo de ensino e aprendizagem é necessário integrar os recursos tecnológicos e midiáticos de maneira significativa. Na visão do autor, é importante ir além do acesso a estes recursos para proporcionar condições para que os estudantes possam expressar por meio de várias linguagens, de modo a utilizar as operações e funcionalidades das tecnologias compreendendo suas potencialidades e propriedades específicas para a produção do conhecimento e desenvolvimento pessoal e cultural.
Partindo desse ponto de vista, além do docente ter o domínio instrumental, é importante que tenha conhecimentos das potencialidades proporcionadas por cada tipo de tecnologia de acordo com cada método de ensino a ser aplicado. Dessa forma, o professor precisa refletir e questionar sobre os objetivos que pretende alcançar frente aos conteúdos a serem ensinados. De acordo com Moran (2006) várias instituições exigem mudança dos docentes sem dar-lhes condições para que as realizem. Por exemplo, introduzir computatores e conectar a internet e esperar que só isso melhore o processo educativo.
Dessa forma, percebe-se que existem várias dificuldades relcionadas ao uso das tecnologias da educação. Não são todas as escolas conseguem acompanhar a velocidade com que a tecnologia muda. Além disso, é necessário renovar os equipamentos frequentemente, oferecer acesso a internet e ter manutenção e operalização dos equipamentos tecnológicos. Isso requer investimento contínuo por parte dos gestores das escolas e governantes, o que nem sempre acontece principalmente em escolas públicas.
Outra dificuldade é referente à formação dos profissionais da educação na àrea tecnológica. Fazer com que essas ferramentas auxiliem no ensino e na produção do conhecimento não é tarefa fácil, exige treinamento dos docentes, cusos de atualização dos profissionais da educação, tempo para preparação da aula, planejamento, motivação, melhores condições de trabalho, entre outros. Isso pode estar relacionado à resistência por parte dos docentes, os quais, muitas vezes, acabam desanimando com a falta de valorização e investimentos com a área da educação. Para Moran (2006) a maioria dos professores têm dificuldades no domínio das tecnologias, o que acaba ocasionando uma prática docente repressiva, controladora e repetidora. Muitos tentam modificar esta prática, mas não sabem como fazer ou não se sentem preparados para experimentar com segurança. Assim, o autor considera importante diversificar as formas de dar aula, de realizar diferentes atividades e de avaliar.
Partindo desse ponto de vista, as tecnologias representam novas possibilidades para o ambiente pedagógico. Porém, é importante utilizá-las de acordo com a necessidade e em momentos que realmente contribuam para o processo de ensino e aprendizagem. Como já foi mencionado, apenas a sua mera utilização, sem objetivos e planejamento, não contribuirá para a formação do estudante. Isso apenas mascarará uma prática tradicional não muito diferente do uso de quadro e giz.
Assim, entende-se que à utilização de tecnologias em sala de aula necessita-se de metodologias e concepções diferentes das tradicionais para atender as necessidades educacionais contemporâneas. À vista disso, é necessário que os docentes desenvolvam um debate sobre a importância das tecnologias no trabalho docente e sobre a melhor maneira de usá-las para que não seja encarada como um recurso simplesmente técnico.
Ribas (2008) coloca o papel do professor frente às tecnologias. Para ele, o professor deve ser alguém criativo, competente e comprometido com a chegada das tecnologias, interagindo em busca de conhecimento, repensando na educação e buscando fundamentos para o uso dessas novas tecnologias que causam grande impacto na educação e representam uma nova cultura e novos valores para a sociedade.
Assim, entende-se que o principal papel da tecnologia no processo de ensino e aprendizagem é tornar os alunos ativos no processo de construção de conhecimento, de modo que professor e tecnologia se tornem mediadores nesse processo como forma de garantir uma aprendizagem mais eficaz.
2.1. A robótica educacional como alternativa didática
De acordo com Castilho (2002) os sistemas robotizados fazem parte de nossas vidas há bastante tempo. Segundo o autor, os robôs são hoje realidades fantásticas programadas para se adaptar ao ambiente e interagir com o meio e são desenvolvidas a serviço do homem. Ainda, o autor faz referência à palavra robótica ao estudo e a manipulação de robôs. Para ele, existem dois tipos de robótica: a industrial e a educacional. A robótica industrial é mais conhecida por desenvolver robôs para a utilização na indústria, na medicina, em pesquisas, e até substitui o homem em atividades consideradas perigosas e inacessíveis. Já a robótica educacional é voltada a desenvolver projetos educacionais, envolvendo atividades de construção e manipulação de robôs, com o objetivo de proporcionar ao aluno um ambiente de aprendizagem onde possa desenvolver seu raciocínio, sua criatividade e seu conhecimento de diferentes áreas do conhecimento. Por isso o autor afirma que a robótica educacional também é conhecida como robótica
pedagógica, pois pode promover ambientes de aprendizagem onde o aluno é capaz de montar e programar um robô ou um sistema robotizado.
D’Ambrosio et. al. (1993) considera a robótica educacional como uma forma de aplicação da tecnologia na área pedagógica. Para o autor, esta oferece aos estudantes a oportunidade de vivenciar experiências semelhantes às encontradas na vida real. Ela melhora o desempenho escolar, além de garantir inúmeros benefícios como: motivação, criatividade, desenvolvimento do raciocínio lógico e a interação em grupo.
Para Schons et al. (2004), a robótica educacional constitui uma nova ferramenta didática que se encontra à disposição do docente. Ainda para o autor, a Robótica Educacional traz muitas contribuições para o ambiente pedagógico por demonstrar, na prática, muitos dos conceitos teóricos de, por vezes, difícil compreensão, motivando assim o professor e o aluno na busca pela construção do conhecimento.
Segundo Stefanello et al.(2013), a robótica educacional promove a construção do conhecimento do aluno utilizando-se de investigações, construções e simulações, promovendo assim, a estimulação prática do conteúdo assimilado em sala de aula como forma de garantir a aprendizagem. Para o autor, a robótica educacional também contribui para o desenvolvimento de competências e habilidades no estudante como o raciocínio lógico, habilidades manuais e estéticas, relações interpessoais e a devida utilização e relação de conceitos aprendidos em diversas áreas do conhecimento.
Nessa perspectiva, a robótica demonstra ser um importante instrumento de uso escolar servindo como um recurso para o desenvolvimento do intelecto e como veículo de aprendizagem. Esta é considerada por muitos autores uma importante estratégia de ensino por criar ambientes que geram autonomia no aprendizado. A robótica também pode contribuir no incentivo à pesquisa através dos relatos de experiências, relatos de observações e análise dos resultados. Nesse sentido, pode promover uma maneira diferenciada de trabalhar conceitos disciplinares favorecendo assim a interdisciplinaridade de diferentes áreas do saber.
De acordo com Fazenda (1993), a interdisciplinaridade é uma atitude positiva diante do conhecimento que envolve mudança de comportamento e tomada de decisão e, por isso, promove a cooperação, trabalho, diálogo entre as pessoas, entre as disciplinas e entre outras formas de conhecimento. Ainda para a autora, a característica da atitude interdisciplinar é a ousadia da busca, da pesquisa, é a transformação da insegurança no exercício do pensar.
Assim, a robótica por propiciar aplicações práticas de diferentes conteúdos e, por relacionar conceitos de diferentes áreas do saber, pode ser uma importante ferramenta para promover a interdisciplinaridade. Através dela, o educando pode formular seu conhecimento através das suas próprias observações, o que pode facilitar na compreensão das relações entre conceitos e conteúdos.
É importante salientar que não basta o docente utilizar robótica como forma de garantir o aprendizado. Como qualquer outra tecnologia aplicada à educação, a robótica deve ser utilizada com critério e planejamento para que não se converta no ensino tradicional. Para isso, é importante uma dinâmica de trabalho que crie condições para a discussão e que promova abertura de diálogos, de modo que docentes e discentes se engajem na construção do conhecimento, elaborando hipóteses, perguntas e teorias na resolução de problemas.
Gomes et al. (2010) contribui com a idéia. Para ele, se a robótica educacional for bem conduzida, favorecerá o crescimento intelectual do aluno por meio da experimentação, construção, reconstrução, observação e análise. Para o autor, existem algumas vantagens da utilização da robótica na educação: familiarização com novas tecnologias, contextualização do conteúdo com a aplicação real do problema proposto, aplicabilidade de conceitos, resolução de problemas visando à autonomia do aluno, retomada e análise dos resultados. Ainda para ele, a robótica educativa exercita, instiga a curiosidade, a imaginação, a intuição, favorecendo experiências estimuladoras de decisão e de responsabilidade contribuindo para a construção da autonomia, nas inúmeras decisões que vão sendo tomadas.
Diante da defesa realziada por vários autores afirmando que a robótica deve ser encarada como uma alternativa didática, é importante ressaltar a dificuldade que muitos docentes encontram em sua utilização. Como a robótica é uma área tecnológica recente, são poucos professores que a utilizam em sua prática pedagógica, seja pela formação que tiveram ou até mesmo por esta estar distante da escola. Os kits robóticos tem um alto custo, o que faz com que poucas escolas, em especial as públicas, os adquiram. Contudo, é possivel criar projetos de robótica com baixo custo a partir de peças oriundas de descarte de equipamentos eletrônicos. Mas, para isso, é necessário criar projetos de interação entre universidade e a escola para um trabalho unificado aliando a tecnologia à sala de aula.
A robótica educacional pode ser um recurso diferenciado para proporcionar aos docentes e discentes novas formas e possibilidades de aprendizagem por intermédio da tecnologia, por suas características didático-pedagógicas motivadoras e interessantes. 3. Possibilidade de aplicação da robótica educacional na compreensão de
conceitos da função polinomial de 2° grau
Para melhor significação do conteúdo da função polinomial do 2°grau, foi proposta uma atividade baseada no lançamento de uma bola, na qual será acoplado um sensor que será responsável por registrar o tempo e a altura percorrida pela bola após cada lançamento.
Serão realizadas seis etapas para desenvolvimento desta atividade, nas quais os alunos responderão a questionários específicos relativos a cada objetivo da proposta, para análise dos resultados.
Na primeira etapa será solicitado que os alunos respondam um questionário inicial que versará sobre questões referentes ao estudo das aplicações da função do 2° grau e a fórmula de bháskara. Esse questionário tem como objetivo analisar o que os alunos aprenderam ou o que lembram sobre a função do 2° grau. A partir daí o professor saberá o nível dos conhecimentos dos alunos a fim de propor as atividades posteriores.
Na segunda etapa será realizado o lançamento do recurso tecnológico - RT. Os alunos, ao observarem o experimento, terão que responder ao segundo questionário. Nesse questionário constarão algumas questões sobre a trajetória do RT, as grandezas envolvidas no lançamento, relação de dependência entre as grandezas, se o lançamento do RT representa uma função e como colocar essas grandezas nos eixos cartesianos.
Na terceira etapa, será entregue para os alunos os dados relativos à altura do RT e o tempo do percurso fornecido pelo sensor. Assim, será solicitado que construam um gráfico manualmente com papel quadriculado, representando neste momento as grandezas Altura versus Tempo. Após a realização da atividade, os alunos terão que
responder a um terceiro questionário referente à interpretação dos dados como: maior altura, o instante que gerou a maior altura, o tempo que o RT esteve no ar, intervalos em que a função é crescente ou decrescente e instante em que o RT esteve no chão.
A quarta etapa será referente os conceitos de física. Será entregue um questionário que abordará questões relacionadas a como poderiam calcular a velocidade e a aceleração do RT e a qual o motivo que leva os objetos a caírem. Desta forma, será solicitado que os alunos construam o gráfico da velocidade e da aceleração da bola e interpretem algumas questões.
Para a quinta atividade o professor acompanhará os alunos no laboratório de informática para que, através da utilização de uma planilha eletrônica (Calc, Excel, etc), construam os gráficos referentes ao experimento. Na sequência, serão retomadas as questões sobre a aplicabilidade da função do 2° grau que é definida a partir do lançamento do RT. O professor, então, explica o que significa calcular o zero da função (que é o tempo em que a bola se encontra no chão, ou seja, a altura é igual a zero), as coordenadas do vértice (o xv que representa o instante da altura máxima) e o yv (a altura máxima) a partir do comportamento da bola.
Na sexta etapa, será realizada a avaliação da atividade. Será entregue para os alunos um sexto questionário com o objetivo de verificar se a atividade proposta promoveu melhor compreensão dos conceitos físicos e matemáticos.
6. Conclusões
Nos dias atuais, muito se fala sobre introduzir no âmbito escolar novas metodologias educacionais e pedagógicas para que possam contribuir para os problemas que a educação enfrenta. Buscou-se, através deste trabalho, elencar novas estratégias de ensino para que se possa transformar o ambiente escolar tradicional em interdisciplinar, que dê conta de um mundo globalizado em constante transformação.
A robótica também pode contribuir para aproximar a matemática da sala de aula do cotidiano dos alunos, tornando assim as aulas mais dinâmicas e participativas. Dessa forma, este recurso tecnológico pode ampliar a capacidade de ensino e aprendizado interdisciplinar bem como promover a motivação dos estudantes na construção de seus conhecimentos.
Nessa concepção, robótica educacional apresenta-se como um recurso tecnológico potencializador da aprendizagem. Esta tem como característica contribuir para formação do aluno no desenvolvimento do raciocínio, da criatividade, da autonomia do aprendizado, promovendo compreensão e a relação de conceitos de diferentes áreas do conhecimento promovendo, assim, a interdisciplinaridade.
Se espera comprovar que, dessa forma, a tecnologia pode ser um auxiliar no desenvolvimento do conceito e na compreensão do conteúdo funções do 2° grau, pois o sensor acoplado a bola permitirá que o aluno obtenha os dados da trajetória da bola e os interprete, relacionando-os com os conceitos de funções do 2° grau e com o conteúdo cinemática em física.
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