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Universidade Federal de Pernambuco NEHTE / Programa de Pós Graduação em Letras CCTE / Programa de Pós Graduação em Ciências da Computação

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Robótica Educativa com Lego Mindstorms: uma metodologia

para o Ensino Médio Integral

Jaian Tales Gomes Santos1 (UEPB)

Resumo: Neste trabalho, apresentaremos um relato de experiência das atividades ocorridas no projeto Robótica Livre Educacional, realizado com alunos do ensino médio integrado da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Padre Jerônimo Lauwen. O projeto foi realizado no macrocampo de Iniciação Científica, produzindo protótipos robóticos a partir do kit educacional Lego Mindstorms e de material reciclado o que proporcionou aos discentes o conhecimento desta tecnologia. Assim, o objetivo foi promover o uso da robótica para o desenvolvimento do raciocínio lógico, habilidades manuais, relações interpessoais, representação e comunicação do conhecimento. Como resultado, tais atividades proporcionaram aos alunos a capacidade crítica e a utilização da criatividade em diferentes situações. Palavras-chave: Robótica Educativa, Aprendizagem, Lego Mindstornms.

Abstract: In this paper, we present a case report of experience of the activities that occurred in the Educational, free robotics project conducted with high school students innovative Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio

Padre Jerônimo Lauwen. The project was held at the macrocampo de Iniciação Científica, producing robotic prototypes from the educational Mindstorms Lego kit and recycled material, providing the students the knowledge of this technology. Thus, the objective was to promote the use of robot technology for the development of logical reasoning, manual skills, interpersonal relationships, representation and communication of knowledge. As a result, such activities provided in students the critical capacity and the use of creativity in different situations. Keywords: Education Robotics, Learning, Lego Mindstornms.

Introdução

A robótica é uma área das ciências que tem como finalidade a construção de

máquinas para realizar movimentos autônomos. Em sua aplicação utilizamos

constantemente conceitos de física, química e matemática, por isso que a robótica

1 Jaian Tales Gomes Santos (Graduando em Licenciatura em Computação)

Universidade Estadual da Paraíba (UEPB)

[email protected]


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pode ser utilizada em sala de aula a fim de estudar os princípios dessa ciência,

tornando-se uma ferramenta no processo de ensino-aprendizagem.

Com a implantação do Programa Ensino Médio Integral (ProEMI), as escolas

estão incluindo em seu currículo o desenvolvimento de projetos pedagógicos que

trabalhem com as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) como

mediadoras do conhecimento, por meio das disciplinas de macrocampo. Segundo

Kenski (2007), é preciso organizar novas experiências educacionais em que as

tecnologias possam ser usadas em processos cooperativos de aprendizagem,

valorizando o diálogo e a participação permanente de todos os envolvidos no

processo. Pensando dessa forma, foi desenvolvido na Escola Estadual de Ensino

Fundamental e Médio Padre Jerônimo Lauwen, contemplada com o ProEMI, o

projeto Robótica Livre Educacional.

O objetivo do projeto é promover o uso da tecnologia robótica para a

ampliação do raciocínio lógico, habilidades manuais, relações interpessoais,

representação e comunicação do conhecimento. Desenvolvendo atividades para

construção de protótipos robóticos, sua programação, controle e a utilização de

softwares livres, estimulando o pensamento crítico e reflexivo dos alunos,

proporcionando práticas de socialização e interação, pesquisas e autonomia.

Neste trabalho, apresentaremos um relato de experiência das atividades

ocorridas no projeto Robótica Livre Educacional, realizado com alunos do ensino

médio inovador da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Padre Jerônimo

Lauwen.

Antes de propor a utilização da robótica educativa nas escolas, foi realizado

um estudo prévio para analisar o conhecimento adquirido pelos alunos ao longo de

sua vida escolar, bem como uma análise do rendimento escolar.


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ProEMI

Ao longo dos anos, a Educação no Brasil vem passando por transformações no

sentido de promover a aprendizagem. A valorização da educação básica diminuiu o

número de evadidos e a taxa de analfabetismo em todo o país, apesar de ainda

termos índices considerados altos diante dos padrões desejados.

Com a aprovação da Emenda Constitucional n° 59, de 11 de novembro de

2009, a obrigatoriedade do ensino dos 04 (quatro) aos 17 (dezessete) anos deverá

estar garantida até 2016, o que vai ao encontro da Meta 3 do novo Plano Nacional

da Educação em tramitação que propõe a universalização do Ensino Médio até 2020

(15 a 17 anos), com taxa líquida de 85% de atendimento para essa faixa etária.

Assim, para que este atendimento seja efetivo é necessário garantir o acesso

à educação de qualidade e atender às necessidades e expectativas dos jovens

brasileiros. Além de uma política de valorização da educação fora de sala de aula

apresentando novas metodologias que garantam a permanência dos alunos no

ambiente escolar, é necessário que a escola tenha um espaço atrativo que

desenvolva no aluno, além de atividades pedagógicas, práticas de socialização,

diversão e reflexão.

Redesenho Curricular e os Macrocampos

Para que haja uma mudança é preciso que o processo de ensino passe por

modificações e adequações. Deste modo, o redesenho do currículo escolar

propõem: i) Foco na leitura e letramento; ii) Atividades teóricas-práticas que

fundamentem os processos de iniciação científica e de pesquisa; iii) Atividades em

línguas estrangeiras; iv) Promoção de atividades de produção artística; v) Fomento

às atividades que envolvam comunicação, cultura digital e uso de mídias; vi) Oferta


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de atividades optativas; vii) Estímulo à atividade docente em dedicação integral à

escola, entre outras.

O Projeto de Redesenho Curricular (PRC) deverá apresentar ações relacionadas ao currículo que podem ser estruturadas em diferentes formatos tais como disciplinas optativas, oficinas, clubes de interesse, seminários integrados, grupos de pesquisas, trabalhos de campos e demais ações interdisciplinares (MEC, 2009).

O redesenho curricular é feito por disciplinas diferenciadas que, no ProEMI,

são chamadas de macrocampos, as quais buscam promover novas práticas

escolares.

Os macrocampos supõem a junção da teoria e da prática para realização de

atividades dentro e fora da escola. São oferecidos pelo ProEMI além do

macrocampo obrigatório de Integração Curricular outros optativos, são eles: i)

Leitura e Letramento; ii)Iniciação Científica e pesquisa; iii) Línguas Estrangeiras;

iv) Cultura Corporal; v) Produção e Fruição das Artes; vi) Comunicação, Cultura

Digital e uso de Mídias; e, vii) Participação Estudantil.

Compreende-se por macrocampo um campo de ação pedagógico-curricular, na

qual se desenvolvem atividades interativas e integradoras do saber, do tempo, do

espaço e do sujeito envolvido com a ação educacional (MEC, 2009).

Cada macrocampo apresenta características particulares e abre oportunidades

para os professores trabalharem com projetos pedagógicos, propondo aulas

dinâmicas e produtivas. De tal modo que possibilitam a realização de atividades

internas nas escolas, bem como aulas extraclasses, tornando a aprendizagem

prazerosa.

Em escolas que apresentam a modalidade de Ensino Médio Integral, os alunos

passam os dois turnos na escola, tornando-se necessário, portanto, que haja

práticas de ensino que vão além das antigas metodologias, que utilizam apenas o

livro didático, caneta e quadro. Nesse sentido, é indispensável o uso de

metodologias inovadoras para que o processo de aprendizagem se dê de maneira


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dinâmica e prazerosa. A robótica educacional foi criada para incentivar no aluno o

interesse em aprender e em atuar de maneira crítica.

Robótica Educacional

A Robótica Educacional é um termo usado para caracterizar ambientes de

aprendizagem por meio da construção de sistemas constituídos de modelos.

Geralmente esses modelos são mecanismos que apresentam algum movimento, a

exemplos de braços mecânicos, máquinas para levantar objetos, entre outras

ações. Sua principal função é o estudo de conceito relacionado à física,

matemática ou química de maneira prática.

Para a Robótica (estudo da automação) proporcionar a criação de

mecanismos, eletrônicos, mecânicos e/ou hidráulicos é fornecer uma autonomia

para a realização das mais variadas a atividades. Esses mecanismos robóticas são

denominados robôs e se caracterizam por diversas finalidades. Os robôs geralmente

são montados com motores, sensores, peças, tudo controlado por um computador e

o aluno é estimulado a estudar conceitos básicos das ciências exatas.

Antes de propor a construção de robôs é necessário realizar um estudo do

ambiente em que vai ser inserido, o levantamento de hipóteses para sua

automação e a socialização de ideias antes da produção.

Para que a robótica educacional desenvolva no aluno características

motivacionais, colaborativas e de produção é necessária a utilização de conceitos

de diversas disciplinas para a construção de modelos, levando os alunos a uma rica

vivência interdisciplinar.

A construção dos protótipos robóticos se caracteriza por apresentar

simulações de um ambiente real, proporcionando aos envolvidos, situações

problemas de diferentes magnitudes, que devem ser superadas, com acerto e

erros, até que se alcancem os objetivos desejados (BARBOSA, 2011).


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Por isso, a robótica educativa está a cada dia mais presente nas escolas,

através dela os alunos são capazes de construir robôs desenvolvidos a partir de suas

ideias e capacidades.

Para a utilização de robótica educacional em escola públicas, é necessário

que exista prática de incentivo a utilização das tecnologias da educação e

comunicação. A utilização permanente dos laboratórios de informática, projetores

multimídias, feiras de ciências e tecnologia são incentivos para a modalidade de

ensino integral.

Torna-se fundamental, portanto, articular as ações com o projeto político-pedagógico da escola, no sentido de se refletir com respeito a quais planos e ações favorecem as reais necessidades a serem concretizadas, e que precisam ser priorizadas por meio de planejamento e ações que conduzam a diferentes formas de pensar, em busca de caminhos, a serem construídos e

percorridos em conjunto com os educadores e educandos, pautados em estudos e planejados de maneira a contemplar ações efetivas, a serem concretizadas no decorrer das atividades desenvolvidas (ROSA, 2007, p. 39).

Também fica claro que é necessário buscar formas alternativas para o estudo

da robótica educacional. Uma opção para as escolas é a utilização da linguagem

Logo, além de fácil utilização e interpretação, a linguagem de programação

apresenta características similares às movimentações de um robô.

Linguagem Logo como alternativa para o ensino de robótica

A linguagem de programação Logo, além de proporcionar o aluno a viver

experiências práticas dentro de sala de aula, estimula também a pensar e agir de

forma crítica.

O Logo é uma linguagem de programação e como tal serve para que possamos nos comunicar com o computador. Essa linguagem possui como todos seus aspectos computacionais, e no caso do Logo, o aspecto da metodologia para explorar o processo de aprendizagem. O Logo é de fácil assimilação, pois proporciona exploração de atividades espaciais que permitem um contato imediato com o computador (IBARRA, CASTRO e FAGUNDES, 2003).


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É caracterizada por ser de fácil assimilação e interpretação, proporcionado

aos alunos aplicar todo o conhecimento aprendido em sala de aula na construção

de habilidades desenvolvidas através do Logo, a exemplo da construção de figuras

geométricas (Ver Figura 1).

Figura 1: Exemplo da aplicação da Geometria no KTurtle

Foto: Jaian Tales

Além disso, é necessário associar o conteúdo ministrado nas aulas às práticas

com a robótica, por isso a mudança da teoria para a prática favorece para que a

utilização de instrumento físico leve o aluno a agir com autonomia.

Do ponto de vista pedagógico, o Logo está fundamentado na abordagem construcionista, possibilitando a descrição do processo utilizado pelo usuário para resolver uma tarefa. Quando o usuário utiliza a linguagem de programação Logo para realizar uma tarefa no computador, ele inicia raciocinando como resolvê-la. Ao ensiná-la para o computador, de escrever a sua ideia inicial com base nos seus conhecimentos, utilizando os comandos da linguagem e pede que sejam executadas as instruções dadas. Reflete sobre o resultado obtido e confronta com suas ideias iniciais (ALMEIDA, 2007).

Para isso, a robótica educacional exerce a função de transformação

introduzindo mudanças na prática escolar onde o aluno é o agente responsável pelo


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seu conhecimento, buscando a aprendizagem para que seu projeto seja

desenvolvido e finalizado como programando.

Kits de Robótica Educacionais

A Robótica Educacional pode ser estudada por meio de kits educacionais,

desenvolvidos exclusivamente para essa finalidade, sendo necessário que a escola

adquira os kits junto com os softwares de programação. Atualmente, o mercado

brasileiro dispõe dos seguintes kits para comercialização: O kit LEGO Mindstorms

(Ver Figura 2), o kit VEX e ainda a Robótica Livre, que utiliza sucata.

Figura 2: Demonstração do Kit Lego Educacional

Foto: Jaian Tales

Entre os mais conhecidos destaca-se o kit da Lego, que são pequenas peças de

montar, cujo conceito se baseia em um sistema patenteado de peças de plástico

que se encaixam, permitindo inúmeras combinações. O kit de Robótica Educacional

Mindstorms trata-se de uma caixa com divisórias contendo 830 peças, entre elas


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blocos plásticos, vigas, pranchas, engrenagens, rodas, eixos, cabos, sensores

(sensor de toque, luz e temperatura), motores, entre outros e um tijolo

programável chamado RCX.

O tijolo programável ou RCX é um bloco que funciona como microcontrolador

programável que pode ser programado via computador, por meio do software de

programação Robolab. A programação é orientada a objetos e assim como o kit, os

comandos simulam peças de encaixe que são representados por ícones. Depois de

selecionar os comandos, os alunos transferem a programação para o RCX através de

um cabo USB e o robô executa o que foi programado.

Análise e Resultados

Para propor o estudo da robótica fez-se necessário desenvolver inicialmente

no aluno do Ensino Médio o conhecimento científico, aliado ao senso crítico e ao

senso comum. Essa metodologia possibilita a transformação dos alunos em

pesquisadores, fazendo com que uma simples reflexão virasse aprendizagem.

O projeto, nesse sentido, buscou desenvolver através de aplicações práticas,

um melhor desempenho escolar dos alunos, o incentivo à pesquisa e aos trabalhos

de extensão. O macrocampo de Iniciação Científica e Pesquisa foi o responsável por

realizar a interligação dos conhecimentos adquiridos nas disciplinas convencionais

oferecidas pela escola, do conhecimento empírico e das pesquisas decorrentes do

estudo da robótica.

Por meio da disciplina de Matemática, utilizando conhecimentos como plano

cartesiano, ângulos, geometria, funções e o estudo dos movimentos da física foi

possível assimilar como é feita a movimentação dos robôs. A Biologia, através do

conhecimento da anatomia corporal, facilitou o estudo para a Prototipação e

desenvolvimento de robôs humanóides. O estudo da Química e da Física

proporcionou aos alunos entender como é o funcionamento dos motores que


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movimentam o robô e quais substâncias ou processos químicos acontecem para que

haja esta movimentação. A Informática foi responsável por aproximar os alunos das

TIC, bem como pela divulgação dos resultados nas mídias sociais.

Após a construção do conhecimento e o estudo da ciência, buscou-se a

pesquisa de ferramentas que simulassem ambientes robóticos. O primeiro

aplicativo trabalhado foi o KTurtle. Um software livre que simula uma tartaruga

realizando movimentos através da linguagem de programação Logo. Essa linguagem

de programação além de levar o aluno a viver experiências práticas dentro de sala

de aula, proporciona também a quem faz uso dessa ferramenta pensar e agir de

forma crítica.

Após o estudo do KTurtle foram apresentadas experiências realizadas com Kits

da Lego, através de vídeos disponíveis na Internet. A experiência despertou a

curiosidade dos alunos e o interesse em desenvolver seus próprios projetos.

A atividade seguinte foi o primeiro contato com o kit Lego Mindstorms. Na

oportunidade, os alunos puderam realizar a primeira montagem de um protótipo

robótico, utilizando o manual de uso para essa aplicação. Em seguida foi feita a

programação do robô montado através do software Mindstorms NXT 2.0. Os alunos

que já possuíam conhecimento prévio da lógica de programação adquirido através

da linguagem Logo e de movimentos adquiridos na fase de estudo, puderam

realizar a primeira movimentação do robô, utilizado conhecimentos como ângulos,

distâncias e tamanho.

O estudo da ferramenta ocorreu durante os três primeiros bimestres da

disciplina de Iniciação Científica e tinha como grande meta o desenvolvimento de

pesquisa e extensão.

A pesquisa era desenvolvida semanalmente pelos alunos na própria escola e

em atividades extraclasse, já a extensão teve sua primeira atividade através de

uma parceria realizada com a Universidade Estadual da Paraíba (UEPB).

Na ocasião, os alunos participaram do I Encontro de Conscientização Virtual

do Sertão (ENCOVIS) e tiveram a oportunidade de demonstrar como é o processo de


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montagem e programação dos robôs. O evento aconteceu nos dias 14, 15 e 16 de

agosto do ano corrente, e foram convidados a participar como ministrantes da

oficina Robótica Livre Educacional (Ver Figura 3).

Figura 3: Ministrantes da oficina Robótica Livre Educacional no I ENCOVIS

Foto: Jaian Tales

A apresentação da oficina aconteceu no dia 16 de outubro e o grupo de alunas

teve a oportunidade de demonstrar aos graduandos do curso de Licenciatura em

Computação como foram realizadas as atividades na escola e os processos de

montagem e programação do Kit Lego Mindstorms (Ver Figura 4).

Figura 4: Apresentação da montagem e programação do Kit Lego Mindstorms

Foto: Jaian Tales


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Outra atividade realizada pelo projeto Robótica Livre Educacional foi a

participação da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Padre Jerônimo

Lauwen nas Olimpíadas Brasileiras de Robótica – OBR. Pela primeira vez realizada

na escola, a OBR mobilizou todos os alunos das três séries do Ensino Médio e

Técnico.

A OBR é apoiada pelo CNPq e se utiliza da temática da robótica para estimular

jovens às carreiras científico-tecnológicas, identificar talentos e promover debates

e atualizações no processo de ensino-aprendizagem brasileiro. Os alunos puderam

participar da modalidade teórica da OBR que conta com uma prova de múltipla

escolha que aborda como tema principal a robóticas e as novas tecnologias.

As provas foram realizadas dia 9 de agosto de 2013 e tinham, no total, 351

alunos aptos a realizarem as provas (Ver Figura 5). Dos 351 alunos participantes da

OBR 2013 três obtiveram os melhores resultados da escola, os alunos selecionados

receberam certificados de participação e medalhas de menção honrosa. A aluna

Roceli dos Santos Silva, do 1° ano, atingiu a melhor nota (74,0) numa escala que

vai de zero a cem (Ver Figura 6).

Figura 5: Participação dos alunos na OBR

Foto: Jaian Tales


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Figura 6: Melhor pontuação da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Padre Jerônimo Lauwen nas Olimpíadas Brasileiras de Robótica

Foto: Jaian Tales

Além das práticas que vão além da sala de aula, o projeto visa facilitar as

aulas da disciplina de matemática. Através da Robótica os alunos do 1° ano

produziram robôs associando o que foi aprendido na disciplina. Noções de plano

cartesiano, funções, ângulos e matemática elementar são utilizados para a

programação e movimentação dos robôs. Os alunos que já participam efetivamente

das aulas tem a oportunidade de construir seus objetos do inicio e entender de

forma prática o que estão estudando.

Em 24 de Outubro de 2013 o projeto Robótica Livre Educacional realizou mais

uma atividade, desta vez participando da Semana Nacional de Ciência e Tecnologia

2013 Ciência, Saúde e Esporte que contou com a participação dos alunos monitores

que apresentaram a comunidade o que é a robótica.

Assim, as alunas tiveram a oportunidade de desmontar a robótica aos alunos

do 8°, 9° e 1° ano da Escola Olávio Bilac de São José do Sabugi. De uma forma

dinâmica as alunas puderam socializar com alunos de outra escola os trabalhos com

a robótica e os benéficos para sua vida escolar.


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Atualmente, o projeto continua realizando pesquisas e o objetivo agora é que

os alunos compartilhem seus conhecimentos com as séries anteriores, onde eles

possam socializar aplicação robóticas para assuntos do currículo do primeiro ano do

Ensino Médio.

Considerações finais

Partindo desses pressupostos, pode-se afirmar que houve a aceitação dos

alunos em utilizarem o kit Lego Mindstorms, pois o mesmo é bastante intuitivo,

sendo de fácil montagem e programação. Os alunos que participaram das aulas não

demonstraram grandes dificuldades no desenvolvimento das tarefas que foram

propostas.

Outro fato positivo observado ao longo do projeto foi o crescente interesse

pela pesquisa, uma vez que as dúvidas e curiosidades que surgiam durante o

desenvolvimento das atividades suscitaram nos discentes a busca de respostas ou

soluções por meio da pesquisa, ora na biblioteca da escola ora na Internet.

O projeto proporcionou aos alunos, através de parcerias com outras

instituições de ensino, o desenvolvimento de práticas de extensão. Por meio do I

ENCOVIS, os alunos puderam participar de atividades na UEPB e vivenciar

experiências de pesquisa que possivelmente realizarão ao longo de suas vidas

acadêmicas.

A próxima atividade a ser desenvolvida no projeto Robótica Livre Educacional

é uma visita a Estação Ciências, na cidade de João Pessoa-PB, na qual os alunos

poderão conhecer novas alternativas propostas pelo laboratório de robótica

existentes no espaço e as expectativas para a ROBOCUP que acontecerá pela

primeira vez no Brasil e será sediada pelo estado da Paraíba.


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Referências

ALMEIDA, M. A. Possibilidades Da Robótica Educacional Para A Educação Matemática. 2007. Disponível em: <http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/363-4.pdf> Acesso em: 01 Set. 2013.

BARBOSA, F. C. Educação e Robótica Educacional na Escola Pública: as artes do fazer. 2011. 182 f. Dissertação (Mestrado em Educação) – Curso de Pós-Graduação em Educação, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011.

IBARRA, G. B.; CASTRO, L. de; e FAGUNDES, R. Tutorial SuperLOGO. 2003.

Disponível em: <http://www.smashsoftware.com.br/graduacao/Materias/ProgFuncional/PFTutorialSLogo.pdf >. Acesso em: 03 Ago. 2010.

KENSKI, V. M. Educação e Tecnologia: o novo ritmo da informação. 1. ed. Campinas: Papirus. 2007.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO. Programa: Ensino Médio Inovador Documento Orientador. 2009. Disponível em: <http://portal.mec.gov.br/dmdocuments/documento_orientador.pdf > Acesso: 25 Ago. 2013.

ROSA, E. M. Gestão de Educação Digital em Escola de Tempo Integral. 2007. 165 f. Dissertação (Mestrado em Educação) – Curso de Pós-Graduação em Educação, Universidade do Oeste Paulista, Presidente Prudente, 2007.

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