Oficina de robótica no ensino médio como metodologia de construção de conhecimentos de ciências exatas

Abstract

Este trabalho trata da pesquisa de um estudo de caso o qual parte do questionamento sobre como ações de robótica com Arduino podem ser estruturadas e implementadas para a construção de conhecimentos básicos de ciências exatas. A proposta surgiu da necessidade de um professor de física em desenvolver atividades que possuíssem forte relação com aparatos tecnológicos cada vez mais presentes no cotidiano da sociedade. Na etapa inicial da pesquisa, foi realizada uma entrevista semiestruturada com dois professores de Robótica de duas escolas da região metropolitana do RS, cujos resultados remetem à necessidade de cativar os alunos participantes com um número adequado de informações em cada atividade, levando-se em consideração os seus conhecimentos prévios. A segunda etapa envolveu o planejamento do material didático. Durante esta fase, realizou-se um levantamento dos conhecimentos básicos de Eletrônica, Mecânica e Programação apresentados pelo público-alvo de dez alunos do 3º ano e seis alunos do 2º ano do Ensino Médio de uma escola pública da região noroeste do RS. Entre os produtos da pesquisa, encontra-se o material didático intitulado “Apostila de Robótica”, disponibilizado como apêndice da tese. O material apresenta dez atividades de Robótica com Arduino e duas atividades de Eletrônica. Para a estrutura metodológica das ações, utilizou-se a sequência didática de Campos (2011), que propõe a estrutura da oficina com a ordem desafio/problema, design/solução (subetapa de investigação, subetapa do design do protótipo, subetapa físico/montagem, subetapa de programação) e teste/reconstrução. A fundamentação teórica incluiu ainda a Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel (1980) e a Teoria da Experiência de Aprendizagem Mediada (EAM) de Reuven Feuerstein (1994). Ressalta-se, como um indicador positivo dos resultados da pesquisa, o elevado índice de frequência dos participantes em horários extraclasse com uma carga horária de 40 horas. Um dos fatores que colaborou para o êxito da oficina foi a qualidade pedagógica do material didático. Outra contribuição importante foi a sequência didática de Campos (2011) que permitiu uma elevada interação entre os participantes no grande grupo, já que o professor assumiu a função de mediador do conhecimento e não de mero transmissor de informações. Com a finalidade de avaliar se os objetivos específicos de Eletrônica, Mecânica e Programação propostos para cada atividade foram alcançados, a tese analisa o processo de produção de protótipos. Para tanto, foram avaliadas as falas dos alunos durante as atividades de trabalho em grupo e os projetos de protótipos elaborados com o software Fritizing. Verificou-se que os conhecimentos prévios dos alunos serviram de ancoradouro para novos aprendizados assim como previsto na fundamentação teórica. Para construir novos conhecimentos, os alunos foram capazes de identificar quais componentes eletrônicos possuíam funcionamento similar (como no caso entre led e buzzer, entre outros) e quais apresentavam mecanismos de funcionamento distintos (sensor de luminosidade e sensor de temperatura, entre outros) e o mesmo comportamento foi observado com relação às conexões dos componentes com o Arduino. Esta atitude dos alunos é um resultado importante da pesquisa que investigou como uma oficina de robótica com Arduino pode ser implementada com alunos do Ensino Médio.

This work is a research of a case study that comes from the questioning of how robotics actions with Arduino can be structured and implemented for the construction of basic knowledge of exact sciences. The proposal appeared from the necessity of a physics teacher to develop activities that had strong relation with technological devices increasingly present in the daily life of the society. In the initial step of research, it was carried out a semi-structured interview with two teachers of Robotics from two schools of the metropolitan region of Rio Grande do Sul, whose results refer to the necessity of captivating the participant students with an adequate number of information in each activity taking into consideration their previous knowledge. The second step involved the planning of didactic material. During this phase, we performed a survey of the basic knowledge of Electronics, Mechanics and Programming presented by the target-public of ten students from 3rd year and six students from 2nd year of High School of a public school from the Norwest region of Rio Grande do Sul. Among the products of research, there is the didactic material titled “Robotics Workbook”, available as appendix of the thesis. The material presents ten activities of Robotics with Arduino and two activities of Electronics. For the methodological structure of actions, we used the didactic sequence by Campus (2011), who proposes the structure of the workshop with the order of challenge/problem, design/solution (sub-stage of investigation, sub-stage of prototype design, sub-stage physical/installation, sub-stage of programming) and test/reconstruction. The theoretical foundation also included the Theory of Meaningful Learning by David Ausubel (1980) and the Theory of Mediated Learning Experience (MLE) by Reuven Feuerstein (1994). We highlight as a positive indicator of research results the elevated index of frequency of the participants in extra-class schedule of 40 hours. One of the factors that collaborated for the success of the workshop was the pedagogical quality of the didactic material. Another important contribution was the didactic sequence by Campos (2011) that allowed an elevated interaction among the participants in the great group, since that the teacher assumed the function of knowledge mediator and not just a mere transmitter of information. With the purpose of evaluating if the specific objectives of Electronics, Mechanics and Programming proposed for each activity were reached, the thesis analyzes the process of prototype production. For this, the speeches of the students were evaluated during the activities of group work and the prototype projects elaborated with Fritizing software. We verified that the previous knowledge of students served as anchorage for new learning as well as what was predicted in theoretical foundation. To construct new knowledge, the students were capable of identifying which electronic components had similar functioning (as in the case between led and buzzer, among others) and which presented mechanisms of distinct functioning (brightness sensor and temperature sensor, among others) and the same behavior was observed in relation to the connections of the components with the Arduino. This attitude of the students is an important result of research which investigated how a robotics workshop with Arduino can be implemented with students from High School.