KITS DE ROBÓTICA EDUCACIONAL COMO FERRAMENTA
PARA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS
Wanderley Marcílio Veronez – [email protected]
Universidade Estadual de Ponta Grossa - UEPG Ponta Grossa – Paraná
Resumo: Kits de Robótica Educacional estão sendo utilizados no ensino de ciências como uma ferramenta de ensino e aprendizagem. A Robótica Educacional é pautada em teorias sócio interacionistas e construtivistas. Neste artigo, se discute brevemente as teorias que fundamentam essa ferramenta de ensino e aprendizagem e relata os resultados de uma atividade de resolução de uma questão do ENEM 2006, na qual os alunos montaram um protótipo robótico de uma lixadeira para encontrar à resposta do problema. A partir desta atividade foi possível abordar assuntos como “movimento circular” e “transmissão de movimentos”. Nota-se que os kits de Robótica Lego NXT Mindstorms foram aliados ao processo de ensino e aprendizagem, pois facilitaram o entendimento do conteúdo e a resolução dessa questão de forma prática.
Palavras-chave: Robótica Educacional, Ensino de Física, Resolução de Problemas.
1 INTRODUÇÃO
Quando falamos em tecnologia robótica, a primeira imagem que nos vem à mente é a de robôs com capacidades como enxergar, se locomover e até mesmo pensar. Reação natural frente a quantidade de filmes de ficção científica que a muito tempo mexem com o imaginário humano. Um pouco distante disso, a Robótica é uma tecnologia que já está inserida em vários contextos de nossa sociedade, porém com funções mais específicas. É possível observar robôs em missões de exploração espacial, desarmamento de bombas, cirurgias, vigilância de florestas e indústria (BRASILESCOLA, 2016).
Esta tecnologia está presente até mesmo em sala de aula em disciplinas de computação, engenharia e mecatrônica (ROUXINOL, 2011, p. 2). Atualmente encontra-se uma grande variedade de kits de Robótica Educacional destinados para os processos de ensino-aprendizagem compostos de peças estruturais, sensores de ultrassom, luz, cores, temperatura, toque, entre outros, e podem dar vida a robôs autônomos ou representarem situações concretas de problemas.
No ensino de ciências em níveis básicos de educação os kits de Robótica Educacional estão sendo utilizados como ferramenta para o ensino e aprendizagem devido ao seu auto potencial facilitador, pois promovem a interdisciplinaridade com a aplicação de conteúdos de física, matemática, automação e programação.
Este artigo faz uma revisão sobre o conceito de Robótica Educacional e suas fundamentações metodológicas. Apresenta-se um relato de experiência da resolução de um problema da prova do ENEM 2006 com a utilização do kit Lego NXT Mindstorms nas aulas
de Física em um colégio da Rede SESI Paraná. A partir do enunciado da questão, os alunos foram desafiados a montarem um protótipo robótico, utilizando conceitos de Física, Automação e Programação para a solução da questão.
2 ROBÓTICA EDUCACIONAL
A Robótica Educacional, ou Robótica Pedagógica, é uma área nova no ensino de ciências e tecnologia. Seu principal objetivo é propiciar um ambiente de aprendizagem ao aluno (FERREIRA, 2005, p.2). Atualmente, encontra-se uma gama de kits de Robótica Educacional no mercado, incluindo vários tipos de sensores. A seguir apresenta-se a relação das teorias educacionais com os kits de Robótica Lego NXT Mindstorms, utilizados neste trabalho.
A utilização da tecnologia em sala de aula é prevista nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs). Segundo este documento a formação do aluno engloba “a aquisição de conhecimentos básicos, a preparação científica e a capacidade de utilizar as diferentes tecnologias relativas às áreas de atuação”, bem como desenvolver as capacidades “de pesquisar, buscar informações, analisá-las e selecioná-las, a capacidade de aprender, criar, formular, ao invés do simples exercício de memorização” (BRASIL, 2000, p.5).
A robótica educacional esta pautada nas teorias educacionais cognitivistas e sócio interacionistas. Seymour Papert (PAPERT, 1990, p. 10) acreditava que crianças em idade escolar poderiam manipular e programar robôs. Ele fez uma parceria entre o Massachusetts Institute of Technology (MIT) e a Lego, que desde 1955 produzia brinquedos de encaixe, surgindo assim os kits de Robótica Educacional da Lego (ZOOM, 2016). Papert desenvolveu uma linguagem de programação intuitiva e de fácil acesso para este público, a linguagem Logo (CYSNEIROS, 1999, p. 1).
Esse tipo de linguagem computacional utiliza blocos de programação com funções específicas de movimento, direção, força, etc. O estudante encaixa os blocos formando uma linha lógica, prevendo o que o robô irá executar na sequência. A programação é enviada a um protótipo robótico que executará a ação. Neste momento o aluno utiliza conceitos de matemática, física e programação de forma prática.
A teoria construtivista de Piaget considera que o sujeito desenvolve sua capacidade intelectual por processos de assimilação e acomodação a partir da interação com objetos, utilizando seus mecanismos de aprendizagem. Considera também que outros conceitos podem ser aprendidos por este mesmo processo (VALENTE, 1993, p. 2).
Diferentemente da teoria construtivista, Papert considera que é essencial ao aluno, além da interação com objetos concretos, a interação social com outros sujeitos. Ele é considerado precursor da utilização do computador e de tecnologia em sala de aula, pois acreditava que crianças poderiam abstrair conceitos por meio de simulações computacionais (FERREIRA, 2005, p. 3). No construcionismo de Papert, o aluno aprende a partir de um processo construtivo na solução de problemas concretos. Ao final da atividade, ele apresenta e discute com os colegas sobre o que aprendeu. Neste processo o aluno desenvolve conceitos mais elaborados.
3 RELATO DE EXPERIÊNCIA
Este trabalho foi desenvolvido em uma Oficina de Aprendizagem intitulada “Entre pregos e cavacos” no colégio SESI Irati - PR. O foco de estudo na indústria moveleira paranaense. Nesse tipo de metodologia de ensino, os conteúdos são selecionados pelo professor em função da pergunta que a fundamenta, também chamado de desafio.
Uma oficina de aprendizagem constitui-se em uma “estrutura flexível, onde prioriza-se a natureza de um problema interdisciplinar e real” levando aos alunos interpretarem “múltiplas soluções” (SESI, 2008, p. 3). Para a disciplina de Física, foram selecionados os conteúdos sobre “transmissão de movimento e movimento circular” que melhor responderiam ao desafio proposto.
A proposta da resolução da questão do ENEM 2006 (MEC, 2006, p. 18) surgiu a partir da dificuldade dos alunos associarem o sentido de rotação das engrenagens e polias de uma lixadeira com o sentido da madeira. O professor da disciplina propôs a construção de um protótipo robótico baseado na figura exposta no enunciado da questão. Os alunos, dispostos em equipes de trabalho, utilizaram o kit de Robótica Educacional Lego NXT Mindstorms para a montagem e programação do protótipo robótico da lixadeira.
Nenhum manual ou apostila foi repassada aos alunos. Apenas a questão do ENEM serviu como norteadora da construção da lixadeira. A partir da montagem e programação dos protótipos robóticos, foi possível a inserção de conteúdos como “movimento circular” e “transmissão de movimentos por correias e engrenagens”.
Foi requisitado aos alunos o cálculo da frequência de giro de cada engrenagem utilizada no protótipo robótico construído pelas equipes. Dada a variedade de protótipos, que utilizavam de correias e engrenagens para a transmissão dos movimentos, cada equipe chegou a um resultado diferente.
4 METODOLOGIA
Os alunos foram ficaram livres para montar um protótipo de uma lixadeira, tomando como base a Figura 01, extraída da questão número 61, da prova Amarela do ENEM 2006 abaixo.
“Na preparação da madeira em uma indústria de móveis, utiliza-se uma lixadeira constituída de quatro grupos de polias, como ilustra o esquema ao lado. Em cada grupo, duas polias de tamanhos diferentes são interligadas por uma correia provida de lixa. Uma prancha de madeira é empurrada pelas polias, no sentido A → B (como indicado no esquema), ao mesmo tempo em que um sistema é acionado para frear seu movimento, de modo que a velocidade da prancha seja inferior à da lixa. O equipamento acima descrito funciona com os grupos de polias girando da seguinte forma:
A) 1 e 2 no sentido horário; 3 e 4 no sentido anti-horário. B) 1 e 3 no sentido horário; 2 e 4 no sentido anti-horário. C) 1 e 2 no sentido anti-horário; 3 e 4 no sentido horário. D) 1 e 4 no sentido horário; 2 e 3 no sentido anti-horário. E) 1, 2, 3 e 4 no sentido anti-horário”
Figura 01. Representação de uma lixadeira. Fonte: Enem 2006, Questão 61. Prova Amarela, p. 18.
Cada equipe de trabalho possuía um kit de Robótica Lego NXT Mindstorms a disposição para realizar a montagem do protótipo. Foram utilizadas quatro aulas para a realização do trabalho. Na primeira aula, foi realizada a leitura e as montagens do protótipo. Nesta primeira etapa, algumas equipes encontraram dificuldades, pois não havia um roteiro de montagem representativa da lixadeira, além da figura ilustrativa da questão da prova do ENEM, o que propiciou o trabalho colaborativo.
Na segunda aula as montagens foram concluídas e as equipes iniciaram as programações utilizando o software Lego NXT 2.0 Programming que faz parte do kit de Robótica Educacional Lego NXT Mindstorms. A terceira aula foi utilizada para realizar ajustes na estrutura do protótipo e na programação.
Durante a quarta aula, o professor da disciplina de Física direcionou a atividade para que os alunos aplicassem conceitos sobre transmissão de movimento calculando a frequência de giro de cada engrenagem e polia utilizadas na construção do protótipo a partir da medida da frequência de giro dos servo-motores do kit de Robótica Lego e posteriormente a apresentação e discussão do seu protótipo para o grande grupo.
5 RESULTADOS
No final da atividade, as equipes mostraram seus protótipos da lixadeira para o grande grupo, explicando os componentes utilizados e sua função no movimento da madeira. Os alunos puderam responder à questão da prova do ENEM que norteou o trabalho chegando a uma conclusão comum.
As equipes foram orientadas a produzirem um relatório escrito, apresentando o sentido do giro e a frequência de cada componente do protótipo e identificando-os. Dessa forma, utilizaram de forma concreta os conhecimentos sobre transmissão de movimento trabalhados em aulas anteriores.
Abaixo, as Figuras 02 a 04 mostram o processo de montagem e programação do protótipo da lixadeira.
Figura 03. Detalhe na montagem do protótipo. Fonte: o autor.
Figura 04. Utilização de engrenagens e correias (elásticos). Fonte: o autor.
As Figuras 05 e 06, retiradas de um relatório produzido por uma das equipes desta Oficina de Aprendizagem, mostram a análise do sentido do giro e a transmissão do movimento em cada componente.
Figura 05. Análise realizada pelos alunos sobre o sentido do giro e transmissão do movimento em cada componente. Fonte: imagem extraída de um dos relatórios dos alunos.
Figura 06. Análise realizada pelos alunos sobre o sentido de giro e transmissão do movimento em cada componente. Fonte: imagem extraída de um dos relatórios dos alunos.
A partir das Figuras 05 e 06 uma das equipes chegaram as seguintes conclusões: “A– Motor Gira no sentido Horário. B- Motor Gira no Sentido Anti-horário.
Motores com polia fixa ao seu eixo (A e B) movimentam a correia (1), a correia por sua vez movimenta a polia (3) no mesmo sentido, então as polias movimentam as engrenagens de 24 dentes que estão presas no mesmo eixo (velocidade angular da polia = velocidade angular da engrenagem), girando-a no mesmo sentido, dando então movimento ao conjunto (5).
OBS.: Uma engrenagem gira no sentido contrário a outra, por isso tornou-se necessário o uso de um grande número de engrenagens (5), pois assim pode-se inverter o sentido de rotação.
As rodas que puxarão a madeira (7) ficam fixas sobre o mesmo eixo das engrenagens (2 e 4), fazendo com que as rodas (6) girem com a mesma velocidade e sentido, ou seja Velocidade angular das engrenagens será igual a velocidade angular das rodas.
Observando o experimento depois de concluído, percebeu-se que a resposta correta é a alternativa C, para que a madeira possa “deslizar” no sentido B indicado pela seta, é necessário que as rodas movimentem-se (sic.) “para dentro”, ou seja 1 e 2 no sentido anti-horário e 3 e 4 no sentido anti-horário”.
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A utilização dos kits de Robótica Educacional Lego NXT Mindstorms utilizados neste trabalho favoreceu a resolução da questão do ENEM 2006, que tinha como tema a indústria moveleira. Observou-se que os alunos conseguiram compreender melhor a questão depois da montagem e programação do protótipo robótico, chegando a resposta final apresentada na questão.
A utilização da Robótica Educacional em aulas de ciências promoveu um ambiente de aprendizagem ao aluno, pois ela facilitou a construção de objetos concretos, resolução de problemas utilizando conceitos de física, matemática, automação e programação de forma interdisciplinar.
A aplicação desta atividade proporcionou a abordagem e aplicação dos conteúdos sobre “movimento circular” e “transmissão de movimento” de forma prática que, muitas vezes tornam-se desafios para a compreensão dos estudantes. Apesar da grande quantidade de polias e engrenagens na tecnologia, muitos alunos não tem o contato direto com esse tipo de material e este conteúdo de Física torna-se abstrato à compreensão.
Kits de Robótica Educacional mostraram-se aliados a resolução de problemas. Muitas críticas são feitas a resoluções puramente mecânicas de exercícios de vestibulares e ENEM, pois não se apresenta a contextualização do problema. A utilização dos kits de robótica aproximou o conteúdo com o cotidiano do aluno e propiciou o ensino e aprendizagem da Física, bem como Matemática, Programação e Automação.
Além disso, sua utilização promoveu a interação social entre os alunos e entre o conteúdo, pois eles trabalharam de forma colaborativa, negociando decisões em grupo. Dessa forma, os alunos puderam compreender a aplicação do conteúdo relacionado à transmissão de movimento com mais facilidade.
Agradecimentos
Aos alunos do Colégio SESI Irati que participaram desta atividade com empolgação e dedicação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria da Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) – Ciências da Natureza e suas Tecnologias. Brasília: MEC,
2000.
BRASILESCOLA. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/informatica/robos.htm>
Acesso em: 05 jul. 2016;
CYSNEIROS, P. G. Resenha crítica de A Máquina das Crianças: Repensando a Escola
na Era da Informática. Revista Brasileira de Informática na Educação – Número 5. p. 1
1999;
FERREIRA, A. S. A contribuição da robótica para o desenvolvimento das competências
cognitivas superiores no contexto dos projetos de trabalho. Educação Pública – Estado do
Rio de Janeiro, 2005. Monografia. Disponível em:
<http://www.educacaopublica.rj.gov.br/biblioteca/tecnologia/0017.html> Acesso em: 16 fev. 2015;
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO. Exame nacional do ensino médio (ENEM). Prova amarela. 2006;
MIQUELIN, A. F. Complexidade educacional: o caminho da escola para a leitura do
mundo. In: SESI PARANÁ: Diálogos com a prática: construções teóricas – Coletânea 1.
PAPERT, S. A máquina das crianças: repensando a escola na era da informática. 1994. SESI, Serviço Social da Industria/PR., Edição digital, 2008;
VALENTE, J.A. Diferentes usos do computador na educação. Revista: Em Aberto, Brasília, ano 12, n. 57, jan./mar. p. 2, 1993.
ZOOM EDUCATION. Disponível em:
EDUCATIONAL ROBOTICS KITS AS A TOOL FOR SOLVING
PROBLEMS
Abstract: Educational Robotics kits are used in science teaching as a tool. The Educational Robotics is guided by social interactionist and constructivist theories. This article will briefly discuss the theories behind this teaching tool and learning and reports the results of a resolution of activity a matter of ENEM 2006 in which students set up a robotic prototype of a sander to come to the problem of response. From this activity was possible to study "circular motion" and "transmission of movements." Note that the kits Robotics Lego Mindstorms NXT were allied to the process of teaching and learning, as facilitated the understanding of the content and the resolution of this issue in a practical way.
