A robótica traz o inter-relacionamento entre múltiplas áreas do conhecimento e promove uma formação interdisciplinar ao estudante. Este entrelaçamento entre áreas se observa na diversidade da aplicação da robótica em diferentes setores. Em uma nova perspectiva, a robótica deixa de ser eminentemente voltada à produção e se constitui como um novo mediador para o processo de ensino-aprendizagem. Buscando fortalecer essa ampliação da robótica na educação, o tema deste artigo é apresentar uma proposta de metodologia de ensino, por meio de ação mediadora, no processo de ensino-aprendizagem com base na teoria sócio-histórica de Vygotsky

Alves, Tiago Giacomelli

Guimarães Júnior, Carlos Solon Soares

Henriques, Renato Ventura Bayan

Lima, Roceli Pereira

Passerino, Liliana Maria

Schmitz, Gabriel Figueiredo

Portuguese

Lume 5.8

  1  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br   Proposta de Metodologia de Ensino Aplicado em discipl nas de Introdução à Engenharia na Perspectiva Sócio-Histórica: Aprendizado Mediado pelo Robô Móvel   Carlos Solon S. Guimarães Jr1 Tiago Giacomelli Alves1 Gabriel Figueiredo Schmitz1 Renato Ventura B. Henriques1 Roceli Pereira Lima2 Liliana M. Passerino2  RESUMO A robótica traz o inter-relacionamento entre múltiplas áreas do conhecimento e promove uma formação interdisciplinar ao estudante. Este enrelaçamento entre áreas se observa na diversidade da aplicação da robótica em diferents setores. Em uma nova perspectiva, a robótica deixa de ser eminentemente voltada à produção e se constitui como um novo mediador para o processo de ensino-aprendizagem. Buscando fortalecer essa ampliação da robótica na educação, o tema deste artigo é apresentar uma proposta de metodologia de ensino, por meio de ação mediadora, no processo de ensino-aprendizagem com base na teoria sócio-histórica de Vygotsky.  Palavras-chave: Robótica Educacional. Ensino de Engenharia. EduBOT.  1. Introdução  Segundo o filósofo Pierre Lévy, vivemos num mundo cercado de informações e é preciso, no meio desse turbilhão, construir o conhecim nto. O conhecimento é construído através de processos cognitivos que nos possibilitam fazer relações, formar novos conceitos e gerar novas informações (SILVA, 2009).  Busca-se com o emprego das tecnologias na educação, uma melhor qualidade do ensino e ambientes de aprendizagem mais ricos e motivad res. A construção de um novo                                                           1 Departamento de Sistemas Elétricos de Automação e Energia - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Av. Osvaldo Aranha, 103, CEP: 90035-190 - Porto Alegre, RS - Brasil 2 Programa de Pós-Graduação em Informática na Educação - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Av. Paulo Gama, prédio 12.201, CEP: 90046-900 - Porto Alegre, RS - Brasil   2  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br   mecanismo, ou a busca pela solução de um novo problema, implica na criação do pensamento pró-ativo dos estudantes, para que seja possível atender as demandas multidisciplinares provenientes dessas tarefas. O ambiente de aprendizagem moldado sob conceitos de automação e controle, projeto e montagem mecânica, e em ferramentas computacionais é denominado de Robótica Pedagógica ou Robótica Educacional. A integração entre robótica e educação amplia significativamente a gama de atividades que podem ser desenvolvidas e promove a integração entre dife entes áreas do conhecimento (SILVA, 2009; GUIMARÃES JR, 2015).  Neste trabalho é proposta uma metodologia de aprendizado para o ensino de eletrônica, programação e robótica, aplicado aos estudantes de Engenharias, baseada na teoria sócio-histórica de Lev Vygotsky. Esta metodol gia em conjunto com ferramentas de hardware e software compõem o sistema de robótica pedagógica denominado EduBOT. Para a formulação dessa proposta utilizou-se o método pesquisa-ação, através da aplicação de atividades de robótica nas disciplinas de Introdução à Engenharia, dos cursos de Engenharia de Computação e Engenharia de Controle e Automação, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). As atividades visam produzir conhecimento sobre a programação, prototipação e construção de projetos robóticos. Ao construir os protótipos os estudantes elaboram hipóteses e testam crenças num processo colaborativo no qual aprendem uns com os outros. O ambiente de aprendizagem mediado com a tecnologia numa proposta colaborativa promove a ampliação das Zonas de Desenvolvimento Iminente (ZDI) conceituada por Vygotsky (1998), que são espaços de aprendizagem que quando bem aproveitados proporcionam a construção, pelos indivíduos, não só de conceitos científicos, mas também de habilidades e competências importantes para as interações sociais e culturais, individuais e coletivas (SILVA, 2009). 2. Revisão Bibliográfica 2.1. Teoria Educacional A prática pedagógica deste projeto está fundamentada n  Teoria Sócio-Histórica a partir dos escritos de Lev Semionovich Vygotsky (1996), o qual acentuou suas   3  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br   pesquisas nos apostes cultural, social e histórico, elacionando o desenvolvimento da mente e da personalidade, apoiado pela mediação da atividade humana. Ainda de acordo com Leontyev (1977), existem três níveis de análises para a teoria da atividade humana: atividades, ações e operações, o que oferece subsídios para compreender o contexto e o funcionamento do trabalho colaborativo. Além de trazer a possibilidade de análise a partir dos seus elementos constitutivos: o objeto, o sujeito, a comunidade, a divisão de trabalho e as regras. Assim, pode-se dizer que uma ação é constituída de uma ou várias operações do mesmo modque uma atividade pode estar associada a várias ações diferentes, ou ainda, que uma ação pode ser útil à diferentes atividades. Wertsch (1988) destaca que a internalização é um processo de controle sobre os signos externos, e não um processo de cópia ou de imitação. O processo de internalizar ocorre desde a representação da atividade externa, de forma interna à transformação do processo interpessoal em intrapessoal. Esse processo acontece no que Vygotsky denomina de Zona de Desenvolvimento Iminente (ZDI). A ZDI muitas vezes é tomada como um dos níveis de desenvolvimento, porém, trata-se precisamente do campo intermediário do processo. Tomando como premissa o desenvolvimento real como aquilo que o sujeito consolidou de forma autônoma, o potencial ou iminente pode ser inferido com base no que o indivíduo consegue resolver com ajuda de outros mediadores.  Conforme Vygotsky (1998), uma boa aprendizagem preced  e incita o desenvolvimento do sujeito, levando-o de um nível interpessoal para um intrapessoal, num processo de desenvolvimento em espiral. 2.2. Robótica Educacional A utilização da robótica no âmbito educacional, estimula a curiosidade, empolgação, concentração, orgulho e o prazer na realização das atividades, favorecendo assim a construção do conhecimento (SILVA et al., 2008). Segundo Silva (2009), a inclusão da Robótica no ambiente educacional possui três aspectos positivos:  ● O uso de robôs permite novas formas de interação que implicam em novas maneiras de gerar conhecimento;   4  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br   ● O robô, como artefato tecnológico, traz uma vasta gama de conceitos científicos, cujos princípios básicos multidisciplinares são pouco explorados por qualquer outro recurso; ● A utilização da robótica implica em aspectos motivacionais, colaborativos, de construção e reconstrução. Além dos benefícios individuais do uso da robótica educacional, ela também provê uma melhor interação entre aluno e professor junto às ferramentas tecnológicas, gerando conhecimento e caracterizando o convívio como um ambiente pedagógico pouco comum até então. Trata-se de um processo interativo, conciliatório, entre o concreto e o abstrato, no desafio da resolução de um problema baseado em etapas como: concepção, implementação, construção, automação e controle de um mecanismo (D’ABREU, 2002). 3. Metodologia Esta seção apresenta a metodologia de ensino, utilizada durante os estágios de docência, aplicada nas turmas de Introdução à Engenharia, dos cursos de Engenharia de Computação e Engenharia de Controle e Automação da UFRGS. Foram realizadas reflexões sobre formas de oferecer aos estudantes, no início da graduação, atividades que propiciem, a partir dos conceitos tradicionais, inter alizar conceitos científicos. Este processo de internalização dos conceitos científicos, partindo da Teoria Sócio-Histórica, é potencializado por meio da ação mediadora representada pelo uso do EduBOT durante as atividades interacionais entre os sujeitos.  O uso de robótica na educação requer um planejamento cuidadoso de todas as etapas do processo de ensino-aprendizagem. Este uso não se limita a simples montagem de protótipos, mas, sobretudo, como e quais conceitos podem ser abordados ao se elaborar tal protótipo. Para elaboração e aplicação de robótica como elemento mediador do processo de ensino e aprendizagem, é preciso seguir a metodologia proposta, Figura 1, com algumas etapas fundamentais, como: apresentação dos artefatos, formação dos grupos, estruturação dos laboratórios, definições de ferramentas e trabalhos, produção dos recursos a serem utilizados, realização de testes de lógica e programação para o robô móvel em um labirinto e, por fim, a avaliação de todo processo.   5  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br    Figura 1. Proposta de metodologia de ensino utilizada. Fonte: PPGEE - UFRGS. A metodologia desenvolvida tem enfoque qualitativo do tipo pesquisa-ação. A pesquisa-ação é definida por Thiollent (2005) como u  tipo de pesquisa social com base empírica que é concebida e realizada em estreita associ ção com uma ação ou com a resolução de um problema coletivo, no qual os pesquisadores estão envolvidos de modo cooperativo ou participativo.  As avaliações são realizadas com o desenvolvimento de trabalhos em grupos, envios de relatórios de atividades, prova individual e uma apresentação final dos trabalhos, permitindo que seja analisado o processo de internalização dos conceitos científicos dos estudantes. Estes aspectos, são analisados pelos professores e monitores das disciplinas e, com base na avaliação individual e de grupo, os conceitos (notas obtidas) são gradualmente definidos. Por fim, é considerada uma média ponderada das notas obtidas nos trabalhos e atividades avaliadas, qualificando o desempenho dos estudantes entre conceitos A (desempenho ótimo: 9,0 à 10,0), B (Desempenho bom: 7,5 à 8,9), C (Desempenho regular: 6,0 à 7,4) e D (Desempenho insatisfatório: nota menor que 6,0). A cada semestre em que a metodologia é aplicada e validada, correções são realizadas, visto que a proposta está em constante evolução e heurística.   4. A Plataforma EduBOT A plataforma EduBOT é definida por um robô móvel não-holonômico com acionamento diferencial que utiliza rodas como sistema de locomoção (GUIMARÃES   6  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br   JR, 2015). A modelagem do Sistema Embarcado do EduBOT é apresentada na Figura 2, cujo diagrama de implantação define as relações entre os componentes de software e hardware (nós).  Visando uma cinemática mais simples, optou-se por utilizar uma configuração do tipo uniciclo (SECCHI, 2008), que é formada por duas rodas fixas convencionais posicionadas sobre um mesmo eixo e acionadas de forma independente (acionamento diferencial) (BARROS, 2014). Esta configuração, utiliza um ou mais elementos de contato com a superfície para conferir estabilidade ao robô (SIEGWART; NOURBAKHSH, 2004). Geralmente empregam-se uma ou mais rodas passivas, do tipo orientável e não centrada ou do tipo esférica. A seguir, a Figura 3 apresenta os principais componentes do projeto.  Figura 2.  Diagrama de implantação do sistema de controle do EduBOT.      Fonte: (GUIMARÃES JR, 2015).    7  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br    Figura 3. Componentes do EduBOT. Fonte: (GUIMARÃES JR, 2015). O robô móvel EduBOT é modelado em um software de desenho mecânico CAD, baseado em computação paramétrica, criando formas tridimensionais a partir de formas geométricas elementares (SOLIDWORKS, 2016). Os desenhos mecânico e eletromecânico têm sofrido constantes modificações, visando melhorias na estrutura mecânica e no desempenho do robô. A versão atual do EduBOT pode ser observada na Figura 4.  Figura 4. Da esquerda para direita: Vistas superior, is métrica e inferior do EduBOT. Fonte: (GUIMARÃES JR, 2015). O sistema EduBOT, tem enfoque na simplicidade de montagem, manutenção e programação, com o objetivo de alcançar uma curva rápida de aprendizagem. Optou-se neste sentido por utilizar uma placa de desenvolvimento do tipo Arduino Mega (ARDUINO.CC, 2014), que é dotado de um microcontrolad r Atmel ATmega2560   8  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br   (ATMEL, 2014), circuito de gravação do firmware e reguladores de tensão para realizar a adaptação do nível de tensão da bateria para a faixa admissível pelos circuitos digitais. Para a alimentação dos atuadores, por exemplo, foi utilizado um módulo que permite o acionamento de dois motores de corrente contínua. Cada motor é acionado através de um módulo do tipo Ponte-H, este tipo de rive possibilita o controle da tensão entregue aos terminais do motor, com a possibilidade de reversão de polaridade. Através dos dados obtidos dos diferentes tipos de sensores, o controlador realiza os cálculos de posição, orientação, trajetória e parâmetros de atuação para os circuitos de acionamento dos motores. Possibilita-se, desta forma, que o robô realize percursos de forma controlada e, por consequência, alcance uma navegação mais eficiente.     5. Aplicação da Metodologia Como o trabalho visa colaboração, os estudantes são divididos em grupos logo no início da disciplina. Na etapa final, após as aplicções dos artefatos e desafios propostos na metodologia, os discentes iniciam a parte prática de testes com o robô EduBOT, utilizando o labirinto (Figura 5) como ambiente (BONELLA, 2015). Os grupos são formados de maneira espontânea ou podem ser construído  pelo professor. Porém, deve-se manter como meta o confronto de diferenças para que elas levem a novas descobertas, ou seja, o surgimento de novas ZDIs. Estes grupos devem desenvolver algoritmos que permitam ao robô, de forma autônoma, realizar a navegação no labirinto, partindo de um ponto de origem até a única saída disponível. Como trabalho final, os grupos interagem e disputam para verificar qual equipe consegue sair do labirinto com o menor tempo. A Figura 6 apresenta a confraternização dos alunos dentro do ambiente propost  para a competição.   9  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br    Figura 5. Labirinto com duas possibilidades de entradas e saídas para o robô EduBOT. Fonte: (GUIMARÃES JR, 2015). A competição é organizada com intuito de confraternização entre os discentes, mas também serve para inserir os alunos em um ambiente competitivo. Isto permite que eles ampliem o senso crítico, a capacidade de trabalhar em equipe e que, baseados nos seus erros e acertos, alcancem o amadurecimento academi mente.  Figura 6. Imersão dos alunos de engenharia no ambiente competitivo e colaborativo. Fonte: PPGEE - UFRGS.   10  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br   6. Conclusões Esta metodologia vem sendo aplicada semestralmente, desde o ano de 2014, nas disciplinas de Introdução à Engenharia, dos Cursos de Engenharia de Computação e Engenharia de Controle e Automação, da UFRGS. Com base nas avaliações realizadas pelos monitores do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE), observações durante as aulas e relatos dos participntes, constatou-se nos discentes um aumento de interesse pelos conteúdos abordados nas aulas. Foram também observados a ampliação da criatividade, do rendimento e melhor c mportamento no desenvolvimento das atividades. Trabalhos futuros incluem uma análise quantitativa sobre a evasão dos estudantes, realizando-se uma coparação com os semestres anteriores, para os quais esta metodologia ainda não era aplicada, através dos relatórios institucionais de desistências e de abandono nos cursos avaliados.   Agradecimentos Os autores agradecem aos apoios da CAPES, CNPQ, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PGEE/UFRGS, a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM (bolsa RH-DOUTORADO) e do Grupo TEIAS do CINTED/UFRGS. 7. Referências Bibliográficas ARDUINO.CC. Arduino MEGA 2560. 2014.  ATMEL. Atmel ATmega640/V-1280/V-1281/V-2560/V-2561/V. 2014. BARROS, T. T. T. Modelagem e implementacão no ros de um controlador para manipuladores móveis. 2014. Dissertação, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. BONELLA, A. N. (2015). Proposta de um Serviço para um Robô Móvel Não Holonômico com Acionamento Diferencial. Monografia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. D’ABREU, J. V. V. Integração de dispositivos mecatrônicos para ensino-aprendizagem de conceitos na área de automação. 2002. Tese, Universidade Estadual de Campinas. SOLIDWORKS. Dassault Systemes SolidWorks Corporation. 2016.   11  Revista Tecnologias na Educação – Ano 9 – Número/Vol.21 – Edição Temática V– Simpósio Ibero-Americano de Tecnologias Educacionais (SITED 2017). tecnologiasnaeducacao.pro/tecedu.pro.br   GUIMARÃES JR, C. S. S. Proposta de um framework baseado em arquitetura orientada a serviços para a robótica. 2015. Dissertação, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. WERTSCH, J. V. Vygotsky Y La Formacion Social de La Mente. 1988. PAIDÓS, Barcelona. LEONTYEV, A. N. Activity and Consciousness. 1977. In Philosophy in the USSR, pages 129–140. Progress Publishers, Moscow. SECCHI, H. A. Una Introducción a los Robots Móviles. 2008. Monografia, Universidade Nacional de San Juan. SIEGWART, R.; NOURBAKHSH, I. R. Introduction to Autonomous Mobile Robots. 2004. Volume 1. MIT Press, Cambridge. SILVA, A. F. RoboEduc: Uma Metodologia de Aprendizado com Robótica Educacional. 2009. Tese, Universidade Federal do Rio Grande do Norte. SILVA, A. F.; AGAÉ, A.; GONÇALVES, L. M. G.; GUERREIRO, A. M. G.; PITTA, R.; ARANIBAR, D. B. Utilização da teoria de Vygotsky em robótica educativa. 2008. IX Congresso Iberoamericano de Informática Educativa - RIBIE. Caracas, Venezuela.  Thiollent, M. Metodologia da pesquisa-ação. 2005. Cortez, São Paulo.  Vygotsky, L. S. Teoria e método em psicologia. 1996. Trad. Claudia Berliner, rev. Elzira Arantes. Martins Fontes, São Paulo. Vygotsky, L. S. A Formação Social da Mente. 1998. Martins Fontes, São Paulo.   Recebido em Outubro 2017  Aprovado em Outubro 2017  

Proposta de metodologia de ensino aplicado em disciplinas de introdução à engenharia na perspectiva sócio-histórica : aprendizado mediado pelo robô móvel

https://lume.ufrgs.br/bitstream/10183/188587/1/001085558.pdf

Proposta de metodologia de ensino aplicado em disciplinas de introdução à engenharia na perspectiva sócio-histórica : aprendizado mediado pelo robô móvel

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Lume 5.8