A influência da Educação 4.0 nos cursos de
engenharia: uma revisão integrativa da
literatura sobre os requisitos necessários sob a
ótica da quarta revolução industrial
Thales Botelho de Sousa (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo - IFSP - Campus Registro) [email protected]
Kenya Aparecida Alves (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo - IFSP - Campus Registro) [email protected]
Rogério Haruo Watanabe (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo - IFSP - Campus Registro) [email protected]
Phamilla (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo - IFSP - Campus Registro) [email protected]
Raphael de Abreu Alves e Silva (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo - IFSP - Campus Registro) [email protected]
A necessidade de transformação organizacional ocasionada pela quarta revolução industrial (mais amplamente representada pela Indústria 4.0) faz com que este paradigma se expanda para incluir outros setores além da indústria. A tarefa de preparar a nova força de trabalho para a Indústria 4.0 é uma questão exigente, que diz respeito não apenas às organizações industriais, mas também às instituições de ensino superior. Por esse motivo, a Educação 4.0 é um novo paradigma introduzido neste contexto e baseia-se na consecução de uma simbiose entre todos os atores educacionais: estudantes, professores, gerentes de educação e administradores, em um esforço comum para melhorar as práticas educacionais. O projeto, gestão e operação sustentável das tecnologias da manufatura inteligente requerem engenheiros experientes e operadores altamente qualificados. Assim, o propósito deste artigo é apresentar uma revisão integrativa da literatura sobre a Educação 4.0 no contexto da quarta revolução industrial e sua influência nos requisitos necessários para o ensino e prática profissional da engenharia. Os resultados foram baseados na análise de 224 artigos sobre o tema publicados em periódicos indexados na Scopus e/ou Web of Science.
Palavras-chave: Educação 4.0, Quarta Revolução Industrial, Indústria 4.0, Revisão Integrativa da Literatura.
1 1. Introdução
Em todo o mundo, esforços têm sido feitos para melhorar a produtividade e eficiência das organizações e essa melhoria pode ser alcançada por meio da integração da Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC), especialmente no setor manufatureiro (SHAFIQ et al., 2015). De acordo com Siemieniuch, Sinclair e Henshaw (2015), o mundo está entrando na quarta revolução industrial e tal revolução ultrapassará as fronteiras existentes das operações industriais para entregar uma nova geração de sistemas de manufatura inteligentes, cooperantes e interconectados, sendo capazes de monitorar em tempo real o desempenho do sistema para controlar os custos, reduzir o tempo ocioso e prevenir as falhas (GIANNETTI; RANSING, 2016).
A quarta revolução industrial é um desafio que está transformando irreversivelmente a humanidade, envolvendo todos os atores de todos os setores da economia, regiões e culturas do mundo para manter o processo centrado no ser humano, e deste modo tem reformulado a vida, o trabalho e a maneira de se relacionar; e, nesse sentido, as pessoas se esforçam para entender e tirar proveito das mudanças tecnológicas (MOGOŞ et al., 2018). Dentre as várias iniciativas desenvolvidas em muitos países para a sua inserção na quarta revolução industrial, a Indústria 4.0 é a que vem obtendo maior destaque. Como uma tendência na indústria alemã e mundial, a Indústria 4.0 deve encurtar significativamente o ciclo de vida do desenvolvimento de novos produtos e fornecer uma solução para os crescentes requisitos da demanda do mercado (JOVANOVIĆ et al., 2015).
A Indústria 4.0 é e será adotada em setores empresariais diversos e em diferentes graus, e segundo Vu (2018), a engenharia de produção e a automação de processos são os principais campos onde este paradigma é aplicado e vêm experimentando uma ampla implantação de várias soluções relacionadas no chão de fábrica. A Indústria 4.0 traz diversas mudanças na sociedade e afeta áreas que dentre outras abrangem a segurança, educação, ciência, mercado de trabalho e sistemas de assistência social e a reciclagem e educação complementar serão uma necessidade para aqueles que ainda desejam ter sucesso na sociedade (VRCHOTA et al., 2020). A literatura sobre as Indústrias 4.0 aponta que o treinamento e educação do funcionário para sua permanência em um ambiente caracterizado por tantas mudanças tecnológicas é um dos pontos mais sensíveis a serem discutidos (MOHELSKA; SOKOLOVA, 2018; QIN; CHIANG, 2019). Com as constantes mudanças sem precedentes que estão ocorrendo no mundo, os empregos tradicionais estão sendo substituídos por outros que requerem habilidades
2 críticas dos chamados funcionários do futuro e a educação e treinamento adequados são essenciais para todos os cargos (HANG et al., 2018; HARTMANN; HATTINGH, 2018), especialmente para engenheiros (COŞKUN; KAYIKCI; GENÇAY, 2019; SALAH et al., 2019). Um estudo da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) estima que trabalhadores com menor escolaridade têm maior probabilidade de serem substituídos pela automação do que os com alta escolaridade e este mesmo estudo aponta que 44% dos trabalhadores americanos sem formação no ensino médio possuem empregos compostos por tarefas altamente automatizáveis, ao passo que 1% dos funcionários com um diploma de graduação ou pós-graduação estão nesse tipo de trabalho (CARUSO, 2018). Neste contexto, a Educação 4.0 tem se mostrado um importante impulsionador, pois por meio dela boa parte da força de trabalho empresarial será capaz de atender aos novos requisitos e se preparar adequadamente para os desafios do futuro por meio de treinamento e educação adicionais (BIRKEL et al., 2019; HARIHARASUDAN; KOT, 2018).
A Educação 4.0 pode ser entendida como um aprendizado que pode ocorrer em qualquer lugar e a qualquer hora (JAMALUDIN; MCKAY; LEDGER, 2020) e que requer estratégias pedagógicas mais inovadoras e mais envolventes para desenvolver alunos globalmente competitivos e com recursos funcionais avançados (ROGAYAN JUNIOR; MACANAS, 2020). A Educação 4.0 deve garantir a preparação para a era digital e a expansão das habilidades digitais através das gerações, aumentando o uso da tecnologia digital na escola e no treinamento em serviço, e assim, a engenharia é influenciada significativamente pela digitalização, robótica e inteligência artificial, requerendo uma qualificação diferente dos trabalhadores (MALACH; VICHERKOVÁ, 2020). Segundo Asfar et al. (2019), o pensamento crítico, o pensamento criativo, a colaboração e a comunicação são as 4 principais habilidades a serem desenvolvidas na Educação 4.0.
Uma busca bibliográfica realizada na Scopus e na Web of Science demonstra que a Educação 4.0 tem ganhado bastante importância nas pesquisas científicas, necessitando de muita discussão (SALAH et al., 2019). De acordo com Turcu e Turcu (2018), a engenharia de produção tem um comprometimento constante na adaptação às muitas mudanças que ocorrem, desde o progresso nos modelos de negócios até as mais avançadas TICs. Considerando tais lacunas, o propósito deste artigo é apresentar uma visão geral da Educação 4.0 e seu contexto no âmbito da Indústria 4.0, com consequentes impactos nos cursos de engenharia. Para atingir o objetivo, uma revisão integrativa da literatura foi empregada. O restante deste trabalho é
3 estruturado da seguinte maneira: a seção 2 descreve os métodos utilizados para pesquisar, organizar e analisar a literatura; a seção 3 apresenta uma visão geral da Educação 4.0 e sua relação com a quarta revolução industrial; a seção 4, os resultados obtidos através da revisão integrativa da literatura sobre a Educação 4.0 no contexto do ensino e prática profissional da engenharia; e a última seção apresenta as conclusões relacionadas ao estudo, apontando as principais limitações da pesquisa.
2. Metodologia
A metodologia utilizada para o desenvolvimento deste artigo tem como objetivo obter resultados capazes de apoiar a construção de um melhor conhecimento sobre a Educação 4.0. Trata-se de um estudo qualitativo desenvolvido por meio de uma revisão integrativa da literatura. A revisão integrativa da literatura, como um tipo específico de revisão de literatura é apropriada para o desenvolvimento deste estudo e nós escolhemos este procedimento técnico por que ele captura a diversidade e o desenvolvimento de campos da literatura (ALCAYAGA; WIENER; HANSEN, 2019), permite a integração de descobertas em pesquisas sobre tópicos emergentes (JABBOUR, 2013; AMUI et al., 2017) e pode possibilitar a melhoria da prática profissional (MENDES; SILVEIRA; GALVÃO, 2008).
A revisão integrativa da literatura foi executada entre os meses de abril e maio de 2020, usando os estágios sugeridos por Lages Junior e Godinho Filho (2010): (I) condução de uma pesquisa bibliográfica sobre o tópico selecionado em bases de dados relevantes, (II) classificação dos artigos selecionados, (III) geração de uma compreensão simplificada do conhecimento existente acerca do tópico, (IV) elaboração de um resumo da produção científica e dos resultados alcançados, (V) apresentação das lacunas de pesquisa existentes e oportunidades para futuras pesquisas.
Considerando que é difícil ter uma clara distinção entre as publicações que têm alto nível de qualidade e as que não têm, e que nem todas as publicações têm o mesmo valor para os cientistas, este trabalho restringiu suas fontes às bases de dados bibliográficas SCOPUS e Web of Science. Os critérios de seleção para esses bancos de dados foram a qualidade e a quantidade de publicações; logo, a Web of Science foi selecionada porque pode atingir todos os periódicos indexados com um fator de impacto calculado no Journal Citation Report (JCR) e a Scopus foi selecionada porque é o maior banco de dados de literatura revisada por pares
4 (HOMRICH et al., 2018). A Scopus indexa 24.385 periódicos revisados por pares, enquanto a Web of Science indexa 16.257 (VÁZQUEZ et al., 2019).
A busca bibliográfica foi finalizada no dia 18/05/2020, e apenas estudos publicados em periódicos foram selecionados, pois são considerados como os estudos de mais alto nível científico (GUPTA; MÜLLER-BIRN, 2018).
A Figura 1 apresenta as etapas utilizadas para a obtenção dos artigos.
Figura 1 - Etapas do levantamento bibliográfico dos artigos Formulação do
problema de pesquisa
A questão primordial que levou ao desenvolvimento desta pesquisa foi: O que a literatura científica mundial publicada na Scopus e Web of Science tem apresentado a respeito da Educação 4.0?
Coleta de dados
Para alcançar as publicações de interesse, foram utilizados os seguintes termos: - Scopus:
TITLE-ABS-KEY (“Industr* 4.0 OR Fourth Industrial Revolution AND Education OR Education 4.0” AND LIMIT-TO (LANGUAGE: “English”) AND LIMIT-TO (DOCTYPE: “ar”).
- Web of Science:
TOPIC (“Industr* 4.0 OR Fourth Industrial Revolution AND Education OR Education 4.0” AND LIMIT-TO (LANGUAGE: “English”) AND LIMIT-TO (DOCTYPE: “ar”).
Avaliação dos dados
As Figuras 2, 3 e 4 apresentam os resultados dos refinamentos realizados. Na etapa final do refinamento, o resumo e a introdução dos artigos foram analisados para verificar se eles realmente estavam relacionados ao tema ou apenas mencionavam o termo “Education 4.0*” no título e/ou palavras-chave e/ou resumo. Como resultado, pode-se concluir que 224 artigos publicados em periódicos indexados nas duas bases efetivamente apresentaram estudos sobre o assunto.
5
Figura 2 - Resultado inicial da pesquisa bibliográfica realizada nas bases de dados
Fonte: Elaborado pelos autores
Figura 3 - Refinamento dos artigos encontrados na Scopus
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Figura 4 - Refinamento dos artigos encontrados na Web of Science
Fonte: Elaborado pelos autores
3. Uma visão geral da Educação 4.0 e sua relação com a quarta revolução industrial
A digitalização avançada, juntamente com a TIC, são amplamente reconhecidas por seu potencial de gerar transformações digitais nos negócios e nas indústrias, melhorando a produção em massa e sustentando a inovação de produtos e tal abordagem se refere à quarta revolução industrial ou Indústria 4.0, a qual compreende uma série de conceitos novos tais como simulação e realidade aumentada, sistemas ciber-físicos, integração horizontal e vertical,
Internet of Things (IoT) ou internet das coisas, segurança cibernética, computação em nuvem,
manufatura aditiva ou impressão 3D, inteligência artificial, big data analytics, robôs autônomos, novos modelos de negócios, manufatura inteligente, auto-organização, adaptação, sustentabilidade e eficiência de recursos (JAMALUDIN; MCKAY; LEDGER, 2020; TERRAZAS; FERRY; RATCHEV, 2019).
De acordo com Mansor, Abdullah e Rahman (2020), o ambiente da quarta revolução industrial está afetando a produção e os serviços, incluindo o sistema educacional. A educação e o desenvolvimento profissional adicional são fatores importantes para alcançar as metas da Indústria 4.0, alterando significativamente as habilidades de trabalho dos funcionários (VRCHOTA et al., 2020). A Educação 4.0 refere-se à condução da educação de formas não tradicionais, como uma resposta aos requisitos da Indústria 4.0 (ARIF et al., 2020). Na Educação 4.0 o processo de ensino é mais focado no aluno do que no professor (SHAHBODIN
7 et al., 2019). A Figura 5 apresenta uma breve descrição dos objetivos de cada um dos estágios da Educação.
Figura 5 - Foco e características principais de cada um dos estágios da Educação
Estágio Foco Características principais
Educação 1.0 Os alunos que desejam aprender devem ir à escola.
Na aula, os professores leem e os alunos copiam, ou seja, a transmissão de conhecimento é unidirecional. Os recursos de aprendizado são baseados principalmente em palestras e livros didáticos.
Educação 2.0 O ensino e a aprendizagem são marcados pelo uso da rede.
A Internet amplia o espaço de treinamento online para que o ensino e a aprendizagem possam ser realizados a qualquer hora e em qualquer lugar. Os professores fazem bom uso da tecnologia e dos materiais didáticos disponíveis online e o aprendizado é expandido por meio de interações com outros alunos.
Educação 3.0 A educação serve à economia intelectual.
É marcada pela formação de MOOCs como Coursera, Udacy, edX, Udemy, Khan Academy etc., de modo que a educação é socializada globalmente, não se limitando a determinados participantes. A abordagem combina ensino e aprendizagens presencial e virtual para maximizar o tempo e o espaço. Os alunos adquirem conhecimentos básicos fora da sala de aula com a documentação online das instituições, sistemas MOOCs, Wikipedia, YouTube etc. Os professores desempenham um papel de facilitadores e apoiadores para que o processo de aprendizagem ocorra, além de ‘ensinar’ o conhecimento aos alunos.
Educação 4.0 A educação serve à economia criativa.
É marcada por uma grande mudança nos objetivos de treinamento, na transferência de conhecimento para as massas e na exploração de recursos (empoderamento, capacidade e motivação). Enquanto o treinamento individualizado é cada vez mais atualizado, sua missão transcende as fronteiras nacionais para servir a humanidade. Fonte: Adaptado de Vu (2018)
O uso da tecnologia é crucial na era da Educação 4.0, a fim de permitir que os alunos aprendam individualmente. A tecnologia usada no processo de ensino e aprendizagem pode estar em qualquer forma de material didático, incluindo aplicativos móveis, sala de aula
8 invertida, webinars, aprendizagem baseada em jogos online, Bring Your Own Device (BYOD),
Massive Open Online Courses (MOOC), livro interativo, realidade aumentada, realidade virtual
e outras estratégias instrucionais que permitem que o aprendizado autônomo e interativo ocorra além das fronteiras físicas e geográficas (ARIF et al., 2020; HARIHARASUDAN; KOT, 2018; SHAHBODIN et al., 2019).
Segundo Almeida e Simoes (2019), duas características fundamentais no contexto da Educação 4.0 são a personalização e a flexibilidade, e nesse sentido, os sistemas de aprendizagem adaptativa desempenham um papel fundamental no paradigma. No modelo de aprendizado adaptativo, a tecnologia é usada para impulsionar o aprendizado de acordo com as necessidades específicas de cada aluno. O perfil dos alunos e suas necessidades de aprendizado são conhecidos através do uso de lógica de programação avançada, na qual a inteligência artificial, big data e computação em nuvem desempenham um papel fundamental.
Ishak e Mansor (2020) e Mogoş et al. (2018) apontam nove tendências proeminentes de aprendizagem na Educação 4.0: tempo e local de aprendizado diversos, aprendizado personalizado, escolha livre, aprendizado baseado em projetos, experiência de campo, interpretação dos dados, mudanças no exame, propriedade dos alunos e programas de orientação.
4. A Educação 4.0 no âmbito do ensino e prática profissional de engenharia
Para Mansor, Abdullah e Rahman (2020), no âmbito da Indústria 4.0, as instituições de ensino superior são incentivadas a incorporar a tecnologia na Educação 4.0 e este ambiente implementa um campus inteligente que inclui aprendizado dinâmico, alta criatividade, salas de aula favoráveis e tecnologia verde. Como resultado, as parcerias entre empresas e instituições de ensino superior podem se tornar ainda mais importantes no futuro. Será importante abrir o acesso a estudos científicos e de engenharia e colocar mais ênfase nas habilidades transferíveis e na avaliação de habilidades (VRCHOTA et al., 2020).
De acordo com Mansor, Abdullah e Rahman (2020), ao aplicar tecnologias no contexto da Educação 4.0 em cursos de engenharia, o processo de ensino e aprendizagem se torna interativo, e tecnologias como robôs autônomos, simulação, integração de sistemas, IoT, segurança cibernética, computação em nuvem, impressão 3D, realidade aumentada e big data precisam ser aplicados, executados e incorporados nos currículos. Para Egcas (2019) e
9 Hernandez-De-Menendez, Díaz e Morales-Menendez (2019), outras tecnologias emergentes a serem levadas em consideração são: inteligência artificial, bioimpressão 3D, blockchain,
cryptocurrencies e bitcoin, materiais avançados e nanomateriais, captura, armazenamento e
transmissão de energia, computação quântica e biocomputação, engenharia genética, geoengenharia (com ênfase em mudanças climáticas e sistemas planetários), neurotecnologia (drogas inteligentes e neuroimagem), drones, hologramas, desenvolvimento de tecnologias espaciais (exploração espacial, microssatélites, motores de foguete a jato) etc. Para adotar e implementar essas tecnologias, as plataformas educacionais e de pesquisa serão cada vez mais usuais em laboratórios de engenharia (EMBONG; AKBAR; RASHID, 2019). Neste processo, as ferramentas de ensino abrangem materiais de ensino visual, materiais de ensino em áudio, materiais de ensino em áudio-visual, instrução assistida por computador, materiais interativos de ensino multimídia, aprendizado interativo multimídia em CDs e materiais didáticos baseados na internet (MANSOR; ABDULLAH; RAHMAN, 2020).
Benešová e Tupa (2017), Cotet, Carutasu e Chiscop (2020), Ilori e Ajagunna (2020), Maisiri, Darwish e Van Dyk (2019), Rachmadtullah et al. (2020), Rhee et al. (2020), Sackey, Bester e Adams (2017), Siddoo et al. (2019), Terkowsky, Frye e May (2019) e Vrchota et al. (2020) afirmam que formação de engenheiros no contexto da Educação 4.0 deve contemplar um conjunto de habilidades técnicas e não técnicas e apresentam alguns requisitos em cada conjunto. Com base nos supracitados trabalhos, conjuntos de características relacionadas a cada habilidade foram desenvolvidos neste artigo e são apresentados nas Figuras 6 e 7, respectivamente.
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Figura 6 - Habilidades técnicas necessárias para o ensino e prática profissional da engenharia
Fonte: Elaborado pelos autores
Figura 7- Habilidades não técnicas necessárias para o ensino e prática profissional da engenharia
Fonte: Elaborado pelos autores
Segundo Mogoş et al. (2018), especialmente no campo do ensino de engenharia, o aprendizado aprimorado pela tecnologia é um ativo valioso para aprender sobre os conceitos,
11 que geralmente parecem abstratos para os alunos devido às práticas dedutivas de ensino e alguns dos benefícios alcançados são: diminuição das barreiras à aprendizagem (especialmente para estudantes com deficiência ou estudantes do sexo feminino com bebês), acesso a especialistas no campo técnico e discussão de ideias criativas e questões de pesquisa, melhor qualidade da formação acadêmica e profissional dos engenheiros, aprendizado ao longo da vida, troca de experiências entre gerações, formação interdisciplinar, aversão ao risco, cultura empreendedora e inovação no trabalho.
No contexto da Educação 4.0, no ponto de vista científico, qualquer forma de medição do sucesso da aprendizagem deve atender aos três critérios de qualidade: validade, objetividade e confiabilidade; e no ponto de vista prático, critérios como economia, igualdade de oportunidades, capacidade de gerenciamento, transparência, diferenciação ou sensibilidade à mudança também são relevantes (ABELE et al., 2017).
5. Considerações finais
Este trabalho apresentou uma visão geral da influência e importância da Educação 4.0 no contexto do ensino e prática profissional da engenharia, para adequação aos requisitos da quarta revolução industrial. Essencialmente, a Educação 4.0 é uma educação centrada no aluno, reconhecendo que os estudantes não são iguais, que não têm o mesmo nível de conhecimento e habilidade e que aprendem em ritmos diferentes, exigindo, assim, orientação constante dos professores e instrutores. Foi verificado que além de todas as tecnologias e materiais necessários para a adoção da Educação 4.0, assuntos de orientação tecnológica, incluindo ciência, tecnologia, engenharia e matemática devem receber grande atenção.
Analisando a literatura, foi possível verificar que existem algumas barreiras à adoção mais ampla das tecnologias de aprendizagem da Educação 4.0 em nível universitário em países emergentes, e essas barreiras estão relacionadas principalmente a questões técnicas, como conexões irregulares à Internet e disponibilidade limitada de materiais que se beneficiam das experiências da realidade virtual e vídeos de 360 graus que fornecem conteúdos educacionais de qualidade. Outro fator importantíssimo e que representa uma grande barreira para sua adoção é o nível de inglês técnico requerido, comumente chamado de inglês digital. Como soluções para superar estas e outras barreiras, muitos autores sugerem o desenvolvimento de infraestrutura adequada de sistemas e o apoio financeiro governamental.
12 É importante ressaltar que este estudo apresenta algumas limitações. Devido ao limite estabelecido a um artigo a ser publicado neste congresso, tópicos importantes da literatura sobre o tema não foram categorizados, os principais periódicos não foram apresentados e uma discussão mais aprofundada dos resultados não foram expostos. Futuros trabalhos podem abranger estas e outras lacunas para tornar a revisão mais ampla. Apesar disso, ainda que brevemente, os resultados aqui expostos servem para chamar a atenção de alunos, professores e coordenadores de cursos de engenharia quanto aos requisitos necessários para permanência de funcionários no futuro mercado de trabalho.
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