design instrucional de uma oficina de pais e filhos para ensinar
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA E ESTATÍSTICA
Design instrucional de uma oficina de pais e filhos para ensinar computação física
Robin Fernandes Andersen De Oliveira
Florianópolis - SC 2015/1
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA E ESTATÍSTICA
CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO
Design instrucional de uma oficina de pais e filhos para ensinar computação física
Robin Oliveira
Trabalho de conclusão de curso apresentado como parte dos requisitos para obtenção do grau de Bacharel em Ciências Da Computação.
Florianópolis - SC 2015/1
Robin Fernandes Andersen De Oliveira
Design instrucional de uma oficina de pais e filhos para ensinar computação física
Trabalho de conclusão de curso apresentado como parte dos requisitos para obtenção do grau de Bacharel em Ciências Da Computação.
Orientadora: Profa. Dr. rer. nat. Christiane Gresse von Wangenheim, PMP
Banca examinadora
_______________________________ Prof. Dr. rer. nat. Aldo von Wangenheim
_______________________________ M.s. Paulo Eduardo Battistella
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Aprendizagem de computação. Fonte: CSTA (2011). ___________ 12 Figura 2 Carro com Arduíno controlado remotamente (Fonte: DX, 2014) ___ 20 Figura 3 Caixa de brinquedos com acesso por impressão digital (Fonte: SOARES, 2013) ______________________________________________ 20 Figura 4 Quadricóptero (Fonte: LINUXUSER) _______________________ 20 Figura 5 PiPhone telefone baseado no Raspberry PI (Fonte: (HUNT, 2014) 20 Figura 6 Código para fazer um led piscar (ARDUINO, 2014). ___________ 28 Figura 7 Ambiente de programação Alice (Fonte: SCHÜRMANN,2014) ____ 29 Figura 8 Ambiente de programação Greenfoot (Fonte: GREENFOOT, 2014) 30 Figura 9 Interface da área de criação do Scratch online (Fonte: SCRATCH,2014) ______________________________________________ 31 Figura 10 Blocos do Scratch para controlar o robô que usa Arduino (Fonte: COMPUTACAONAESCOLA) ____________________________________ 35 Figura 11 Robô andarilho desenvolvido usando o material Atto juntamente como o Arduíno (Fonte: COMPUTACAONAESCOLA, 2014).____________ 36 Figura 12 Jardim autossustentável, usando o Arduíno, tampa de garra, tubos e um aquário (Fonte: DOCTOR, 2014). ____________________________ 36 Figura 13 Boneco de papelão (Fonte: MYMAKEDO, 2014). _____________ 36 Figura 14 Lagarto (Fonte: DANCINGFISH, 2012). ____________________ 36 Figura 15 O robô que protege o tesouro, usando Arduíno e o Scratch para realizar as funções (Fonte: COMPUTACAONAESCOLA, 2014). _________ 36 Figura 16 Elefante felpudo (Fonte: FQIU, 2012). _____________________ 36 Figura 17 Usando materiais reclináveis para fazer bonecos (Fonte: FASTCOEXIST, 2014). _________________________________________ 36 Figura 18 Robô (Fonte: elaborado pelo autor). _______________________ 36 Figura 19 Modelo de ADDIE, (Fonte: MOLENDA, 2003). _______________ 41 Figura 20 Estratégias instrucionais (SPS, 2004-2009; SASKATCHEWAN EDUCATION, 1991, p. 16,19 apud PICCININI, 2013). _________________ 45 Figura 21 Aprendizagem de computação (Fonte: CSTA, 2011). __________ 48 Figura 22 Níveis de para o ensino de computação (Fonte: CSTA, 2011). __ 50 Figura 23 Plano de ensino (extrato do plano de ensino) ________________ 65 Figura 24 Plano da aula 1 (extrato) ________________________________ 66 Figura 25 Plano da aula 2 (extrato) ________________________________ 67 Figura 26 Plano da aula 3 (extrato) ________________________________ 68 Figura 27 Plano da aula 4 (extrato) ________________________________ 69 Figura 28 Slide sobre o que é a computação (extrato do primeiro conjunto de slides) ______________________________________________________ 71 Figura 29 Slide sobre o uso da computação (extrato do primeiro conjunto de slides) ______________________________________________________ 71 Figura 30 Slide sobre a comunicação (extrato do primeiro conjunto de slides) ___________________________________________________________ 71 Figura 31 Slide sobre a aula 2 (extrato do segundo conjunto de slides) ____ 72 Figura 32 Slide sobre o computador (extrato do segundo conjunto de slides) ___________________________________________________________ 72
Figura 33 Slide sobre para que serve cada componente de um computador (extrato do segundo conjunto de slides) ____________________________ 72 Figura 34 Slide sobre o processador (extrato do segundo conjunto de slides) ___________________________________________________________ 72 Figura 35 Tarefa para casa (extrato da primeira tarefa para casa) ________ 73 Figura 36 Atividade prática durante a aula (extrato do segundo conjunto de slides) ______________________________________________________ 74 Figura 37 Roteiro (extrato do primeiro roteiro) _______________________ 75 Figura 38-Bicho de pelúcia usando material reciclado _________________ 76 Figura 39 Adaptação do modelo de avaliação (SAVI, 2011) _____________ 77
LISTA DE QUADROS
Quadro 1- Placas de Arduíno ____________________________________ 23 Quadro 2- Comparando Arduíno e Raspberry (Fonte: BELLAMY, 2013) ___ 25 Quadro 3- Implementações que possibilitam a comunicação Scratch Arduino ___________________________________________________________ 32 Quadro 4- Exemplo de materiais que podem ser usados para construir diversas estruturas ____________________________________________ 37 Quadro 5- Categorias atuais da taxonomia de Bloom, descrição e verbos do domínio cognitivo (Fonte: Krathwohl (2002, apud FERRAZ, BELHOT, 2010)). ___________________________________________________________ 42 Quadro 6- Categorias, descrição e verbos do domínio afetivo (Fonte: NWLINK, 2014). ______________________________________________ 42 Quadro 7- Categorias, descrição e verbos do domínio psicomotor (Fonte: NWLINK, 2014). ______________________________________________ 43 Quadro 8- Objetivos de aprendizagem (Fonte: CSTA, 2011). ____________ 51 Quadro 9- Palavras para os termos de busca________________________ 54 Quadro 10- Strings de busca da Revisão sistemática da literatura ________ 54 Quadro 11- Strings de busca da Revisão sistemática da literatura ________ 55 Quadro 12- Resultado das buscas em cada um dos repositórios e com cada termo _______________________________________________________ 56 Quadro 13- Informações sobre a oficina Teaching Game Programming in Family ______________________________________________________ 57 Quadro 14- Informações sobre a oficina Makey Makey e Scratch para educadores, pais e crianças _____________________________________ 57 Quadro 15- Informações sobre a oficina ANIMALUDICS – animatronics para pais e filhos __________________________________________________ 58 Quadro 16- Informações sobre a oficina Family Creative Learning _______ 58
RESUMO
A medida que as sociedades foram evoluindo e sendo afetadas pela
globalização, a computação tornou-se um quesito importante para o
desenvolvimento de tais sociedades. Entretanto o que acontece em muitas
sociedades em desenvolvimento é que a computação ainda é vista como
uma área que deva ser abordada somente no ensino superior. Ou seja, em
muitas sociedades existe uma grande falta de conhecimento da computação.
O conhecimento de computação tem um grande impacto sobre a vida
moderna, tornando-se uma competência básica. Assim é importante não só
as crianças, más também os pais terem um conhecimento sobre a
computação.
Nos dias de hoje já existem iniciativas para ensinar computação para
crianças. Muitas destas iniciativas são dadas como disciplinas escolares e
outras na forma de oficinas. Logo o ensino de computação para crianças é
muito importante. Para isso será criada uma unidade instrucional para
fortalecer o ensino de computação na sociedade, ensinando crianças (12-14
anos de idade) junto com os pais.
A fim de introduzir e ensinar a computação às crianças e aos pais,
iremos desenvolver uma unidade instrucional. Esta unidade será feita na
forma de oficina por meio da computação física usando o Scratch e o
Arduíno. Usaremos o Scratch e o Arduíno como uma forma atrativa para
ensinar a computação. Juntamente utilizaremos material reciclado para fazer
as estruturas (bonecos, carros, etc.) deixando a oficina mais cativante.
Espera-se que com esta oficina, seja possível aumentar o
conhecimento dos pais e das crianças na área da computação, e despertar
seu interesse por essa área.
Palavras-chave: Design de uma unidade instrucional, ensino de computação
aos pais e filhos, oficina, computação física, Scratch, aprendizagem e ensino.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 10
1.1 OBJETIVOS .................................................................................... 16
1.2 METODOLOGIA DE PESQUISA E TRABALHO .............................. 17
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ........................................................ 18
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................. 19
2.1 COMPUTAÇÃO FÍSICA ................................................................... 19 2.1.1 Hardware ..................................................................................... 21 2.1.2 Software ...................................................................................... 27 2.1.3 Estrutura física ........................................................................... 35
2.2 APRENDIZAGEM E ENSINO DE COMPUTAÇÃO PARA CRIANÇAS 39
2.2.1 Aprendizagem e ensino ............................................................. 39 2.2.2 Ensino de Computação ............................................................. 47
3. ESTADO DA ARTE ................................................................................ 53
3.1 DEFINIÇÃO ..................................................................................... 53
3.2 EXECUÇÃO .................................................................................... 56
3.3 EXTRAÇÃO DA INFORMAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS . 57
3.4 DISCUSSÃO ................................................................................... 59
3.5 AMEAÇAS A VALIDADE .................................................................. 61
4. OFICINA DE COMPUTAÇÃO FÍSICA COM MATERIAL RECICLADO . 62
4.1 DESIGN INSTRUCIONAL DA OFICINA .......................................... 62 4.1.1 Análise ........................................................................................ 62 4.1.2 Design ......................................................................................... 63 4.1.3 Desenvolvimento ....................................................................... 70 4.1.4 Avaliação .................................................................................... 76
5. CONCLUSÃO ......................................................................................... 79
REFERÊNCIAS ............................................................................................. 81
APÊNDICE A: CONJUNTO DE PLANOS (PLANO DE ENSINO E PLANOS DE AULA) ...................................................................................................... 93
APÊNDICE B: CONJUNTO DE SLIDES COM O CONTEÚDO TEÓRICO DA UNIDADE INSTRUCIONAL ........................................................................ 104
APÊNDICE C: TAREFAS PARA CASA ...................................................... 114
APÊNDICE D: CONJUNTO DE ROTEIROS ............................................... 117
APÊNDICE E: QUESTIONÁRIOS DE AVALIAÇÃO ................................... 122
APÊNDICE F: LISTA DE MATERIAIS ......................................................... 125
APÊNDICE G: LISTA DOS MATERIAIS PARA A CONTRUÇÃO DA ESTRUTURA FÍSICA, PASSOS E CUSTO FINAL ..................................... 126
Apendice H: Design instrucional de uma oficina de pais e filhos para ensinar computação física ........................................................................ 128
10
1. INTRODUÇÃO
A ciência da computação é o estudo dos computadores e dos
processos algorítmicos, incluindo seus princípios, impacto causado nas
sociedades e suas aplicações (CSTA, 2011). A computação é a busca de
uma solução para um determinado problema. A partir de uma determinada
entrada poderemos obter um resultado através de um algoritmo (HORSWILL,
2008).
Atualmente, crianças, jovens e adultos usam computadores e fazem o
uso da tecnologia cada vez mais (SANDOVAL-REYES et al., 2011). A
computação encontra-se em quase tudo. As nossas vidas dependem de
vários dispositivos ou sistemas computorizados, por exemplo, ajudar os
médicos a diagnosticar e tratar problemas de saúde (CSTA, 2011). Ela
também tem um papel crítico no desenvolvimento científico (CSTA, 2011).
Seu conhecimento permite aos alunos para além de serem usuários de
tecnologia, a serem também criadores inovadores capazes de usar
computadores para melhorar a qualidade de vida para todos (CSTA, 2011).
Assim sendo, todo cidadão deve ter uma boa e clara compreensão dos
princípios e práticas da computação, além do simples uso das tecnologias de
informação (FRANÇA; AMARAL, 2013; CSTA, 2011).
Hoje, os profissionais da tecnologia de informação desempenham um
papel importante nas sociedades, sendo eles desenvolvedores de tecnologia
ou transmissores de seu conhecimento. Portanto, não só os profissionais da
tecnologia de informação, mas também os profissionais noutras áreas
11
precisam entender computação para serem não só competitivos, mas
também produtivos em suas áreas (FRANÇA; AMARAL, 2013; CSTA, 2011).
Por conseguinte, podemos observar que um dos principais problemas
é que poucas pessoas possuem proficiência e conhecimento em computação
(SOARES; ALVES, 2008). Logo, uma das formas de contornar esse
problema, seria inserir o ensino da mesma já no Ensino Fundamental
(FRANÇA; AMARAL, 2013; VALENTE et al., 1999). Todavia, as escolas
deveriam ter a responsabilidade de inseri-la no ensino (FRANÇA; AMARAL,
2013). Porem vários fatores faz com que a computação não seja abordada no
ensino fundamental, dentre eles, ausência de meios, falta de consciência nos
profissionais da área, e de certa forma a própria cultura (LOPES et al., 2014;
SOARES; ALVES, 2008). Pode-se observar que neste momento o ensino se
focaliza no ensino de como usar o computador, por exemplo como um
eletrodoméstico (NUNES, 2008 apud FRANÇA; AMARAL, 2013).
No entanto deve ser ensinado como ferramentas computacionais
podem ser usadas para resolver problemas, comunicar com outros, acessar e
organizar informações e como se portar sendo cidadãos responsáveis diante
das constantes mutações no mundo digital (CSTA, 2011; NUNES, 2011).
Assim, levando em consideração que o ensino de computação deve
ser abordado no Ensino Fundamental, ele deve abordar várias áreas de
conhecimento conforme apresentado na figura 1 (CSTA,2011).
12
Figura 1 Aprendizagem de computação. Fonte: CSTA (2011).
De acordo com o conjunto de diretrizes para o ensino de computação K-12
(CSTA, 2011), espera-se que as crianças no ensino fundamental aprendam
mais do que somente o uso das tecnologias de informação. O ensino de
computação envolve a aprendizagem de pensamento computacional,
programação, colaboração, computadores e dispositivos de comunicação e
impactos éticos, globais e na comunidade (CSTA, 2011). Espera-se que o
aluno consiga desenvolver o pensamento computacional, como uma
abordagem para resolver problemas. Além de aprender a prática de
computação, explorando também o uso da programação para assim também
resolver problemas (CSTA, 2011).
O ensino de computação para crianças é uma prioridade na educação
que vem crescendo nos dias de hoje (VON WANGENHEIM; VON
13
WANGENHEIM, 2014). O envolvimento dos pais no ensino de computação
em paralelo aos filhos tem um impacto positivo (VON WANGENHEIM; VON
WANGENHEIM, 2014). Pois, se ao ensinar computação conseguir mudar a
consciência dos pais que ela é realmente importante nas sociedades de hoje,
então eles como pais também poderão mostrar o quão importante é a
computação aos seus filhos (VON WANGENHEIM; VON WANGENHEIM,
2014). Eles poderão dar assistência, investimento em livros de computação e
talvez influenciar seus filhos para que possam escolher essa área de atuação
(VON WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014). Portanto, o ensino dos
pais junto aos filhos é de grande importância. Visto que com a participação
dos pais no sistema educacional dos seus filhos é possível que haja uma
melhoria significativa na educação escolar. Assim, a participação dos pais no
ensino potencializa os recursos e as ações na escola e a qualidade da
educação escolar (LÓPEZ, 2002).
No Brasil e no mundo inteiro já existem muitas iniciativas de ensinar a
computação focando no ensino de crianças junto aos pais. Dentre elas
podemos citar, Teaching Game Programming in Family Workshops (VON
WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014), Family Creative Learning
(FAMILY, 2014), a iniciativa do Lero (centro de pesquisa de engenharia de
software irlandês) para o ensino de programação usando o Scratch (LERO,
2014), o Scratch Day (CODETOLEARN, 2014), Scratch: Drag & Drop Coding
Workshop for Kids and Adult (CUNNINGHAM, 2014), Scratch Meets the Real
World: PICOBoards! (BURKER, 2011), Scratch Animations - The Basics
(ZAMMARANO, 2011).
14
Todas as iniciativas acima citadas focalizam no ensino das crianças
juntamente aos pais ou algum adulto. Na sua maioria exceto a iniciativa
Scratch Meets the Real World, elas focalizam no ensino da computação
usando somente o Scratch. Na iniciativa Scratch Meets the Real World para
além do Scratch também é usada a PicoBoard (BURKER, 2011). Além disto
a iniciativa Teaching Game Programming in Family Workshops, que decorreu
aqui no Brasil foi um grande sucesso. Foi adotada uma oficina para ensinar a
programação de jogos (VON WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014).
Em paralelo existem também algumas iniciativas de ensino com a
computação física como LEGO Robotics (ROBOTICSLEARNING, 2014),
Girls’ team workshop to build and program LEGO NXT robots (RIVAIS, 2014),
Computing Camps for Children at The Sheffield College (COLLEGE, 2014).
Na sua grande maioria quase todas usam LEGO Mindstorms (STEINERT,
2013; ROBOTICSLEARNING, 2014; COLLEGE, 2014; RIVAIS, 2014). Devido
ao seu preço alto (LEGO, 2015), existe um impedimento do seu uso em
grande escala.
No Brasil como um projeto inicial, existe o GoGoBoard (BOARD, 2014)
cujo preço sai por R$199,00. Apesar de ter um preço mais em conta do que o
LEGO Mindstorms o GoGoBoard não possui a robustez dos conjuntos de
robótica educacional.
Assim, como estratégia de ensino de computação pode-se utilizar a
computação física por meio do Scratch e do Arduíno. Define-se computação
física como sendo o conjunto de meios para a construção de sistemas
interativos físicos, usando hardware e software (MITROVIC et al., 2013). Com
o surgimento e popularização dos kits educacionais, o desenvolvimento de
15
hardware e software vem se tornando cada vez mais facilitado. Nestes kits a
integração hardware/software é simples. Em sistemas como o Scratch, os
usuários podem construir seus programas de forma facilitada. Em
dispositivos como o Arduíno, o usuário pode criar pequenos circuitos
(COMPUTACAOFISICABR, 2014).
O Scratch (SCRATCH, 2014) é definido como uma linguagem de
programação educacional que pode ser usada por qualquer tipo de pessoa.
Ao passo que o Arduíno é uma plataforma eletrônica de código aberto
baseado em hardware e software de fácil utilização, tendo suporte de
entrada/saída embutido (ARDUINO, 2014).
Neste contexto, o presente trabalho visa introduzir, fortalecer e atender
alguns défices no ensino de computação para a sociedade em geral. Tais
como, a familiarização do aluno com a computação sendo ele o protagonista.
Dar ao aluno uma visão geral, e desenvolver nos alunos o pensamento
computacional, a fim de fortalecer o ensino de computação na sociedade.
Para atingir o objetivo do trabalho desenvolve-se uma unidade
instrucional de uma oficina de pais e filhos para o ensino de computação.
Utiliza-se a seguinte abordagem de ensino: usa-se a computação física como
uma forma cativante de ensinar a computação, isto usando o Scratch e o
Arduíno. Além disto, se utiliza também material reciclado. Espera-se que
após terminar esta oficina tanto as crianças como os pais percebam a
importância da computação. Da mesma forma, espera-se que eles aprendam
novos conceitos, descubram novas tecnologias e que despertem algum
interesse pela área. Assim, o ensino da computação nesta oficina é uma
maneira de fornecer as crianças e aos pais uma visão geral do mundo da
16
computação. Tornando-os não só em usuários da tecnologia, mas, também
possíveis criadores de tecnologia.
A fim de avaliar a efetividade e qualidade da oficina, são aplicados dois
questionários durante a mesma. Optou-se por aplicar um questionário no
início da oficina e outro no final. Com a finalidade de medir a diferença do
conhecimento de computação antes e depois da realização da oficina.
1.1 OBJETIVOS
O objetivo geral do trabalho é o design instrucional de uma oficina de
pais e filhos (com crianças de 12 aos 14 anos de idade) para ensinar
computação física alinhado a referência de curriculum (CSTA, 2011) com
baixo custo, (aproximadamente R$100).
Os objetivos específicos são:
O1. Analisar a fundamentação teórica sobre ensino, aprendizagem e
computação física;
O2. Analisar o estado da arte referente a oficinas de pais e filhos
ensinando computação física;
O3. Projetar uma unidade instrucional de uma oficina para ensinar
computação para pais e filhos;
O4. Aplicar e avaliar a unidade instrucional criada na prática.
Premissas e restrições:
O projeto será realizado de acordo com o regulamento vigente do
Departamento de Informática e Estatística (INE - UFSC) em relação aos
Trabalhos de Conclusão de Curso. A unidade instrucional tem como foco
somente o design instrucional de uma oficina de pais e filhos para ensinar
computação.
17
1.2 METODOLOGIA DE PESQUISA E TRABALHO
A metodologia de pesquisa utilizada neste trabalho é dividida em
quatro grandes etapas:
Etapa 1 – Análise da literatura referente ao ensino e aprendizagem, e
computação física. Esta primeira etapa será dividida em duas partes:
A1.1 – Análise da teoria de computação física.
A1.2 – Análise da teoria de ensino e de aprendizagem.
Etapa 2 – Revisão sistemática de unidades instrucionais/estratégias de
ensino atualmente sendo utilizadas e voltadas ao ensino de computação
física. Nesta etapa será realizada uma revisão sistemática da literatura
seguindo (KITCHENHAM, 1994). Essa etapa está dividida em três partes:
A2.1 – Definição da revisão sistemática.
A2.2 – Execução da busca.
A2.3 – Extração e análise da informação.
Etapa 3: Desenvolvimento da unidade instrucional para o ensino de
computação física seguindo uma metodologia de design instrucional,
conhecida como ADDIE (MOLENDA, 2003). Esta etapa está dividida em
quatro partes (sendo completada pela Etapa 4: Avaliação):
A3.1 – Análise do contexto da unidade instrucional e definição do
objetivo de aprendizagem.
A3.2 – Desenho (ou Design) da unidade instrucional.
A3.3 – Desenvolvimento da unidade instrucional.
A3.4 – Implementação da unidade instrucional.
Etapa 4: Aplicação e avaliação da unidade instrucional desenvolvida. Nesta
etapa a melhoria desenvolvida deverá ser colocada em prática através de
18
uma série de estudos de casos aplicando a unidade instrucional nas oficinas
para ensinar computação física. Essa etapa está dividida em cinco atividades:
A4.1 – Solicitação de aprovação da CEPSH.
A4.2 – Definição do estudo.
A4.3 – Planejamento do estudo.
A4.4 – Execução do estudo.
A4.5 – Análise dos dados coletados.
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho em caso está estruturado em 5 capítulos. No capítulo 2 é
apresentada a Fundamentação Teórica, onde são apresentados os principais
conceitos relacionados com esta pesquisa. No capítulo 3 é apresentada uma
análise sobre o estado atual das pesquisas relacionadas ao tema do trabalho.
O capítulo 4 apresenta o desenvolvimento da oficina. No capítulo 5 é
apresentada a conclusão do presente trabalho.
19
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Este capítulo tem como objetivo abordar os principais conceitos
teóricos, dentre eles, computação física, hardware, software, aprendizagem,
ensino.
2.1 COMPUTAÇÃO FÍSICA
Neste capítulo são apresentadas as principais questões a respeito da
computação física, suas aplicações e uso.
Computação física é uma área que estuda e concebe sistemas
digitais, incluindo computadores, ligados a sensores e atuadores, que
permitem construir sistemas autónomos. Ou seja, é a interação entre o
homem e a máquina através de dispositivos que permitem a captação e
manipulação de dados referentes a objetos e espaços reais por meio de
sistemas mecânicos e/ou eletrônicos (CAMARATA, et al., 2003). Num sentido
mais ampla computação física pode ser descrita como um quadro criativo
para a compreensão da relação dos seres humanos com o mundo digital
(MITROVIC et al., 2013).
A computação física nos permite criar as mais diversas aplicações,
desde aplicações de arte, servidores de arquivos próprio até automação
residencial. Tudo dependerá mais da nossa criatividade do que as limitações
técnicas. A computação física permite que todo mundo seja criador de
tecnologia (LEMOS, 2014). Nas figuras 2-5 são apresentados alguns projetos
da integração hardware e software e algumas das possibilidades que a
computação física fornece.
20
A figura 2 apresenta um carro controlado remotamente por Bluetooth
que usa a placa Arduíno. Na figura 3 é apresentada uma caixa de brinquedos
onde a fechadura é feita por acesso por impressão digital. O sistema usa uma
placa Arduíno e um sensor de impressão digital. A figura 4 apresenta o uso da
placa Raspberry PI para controlar um quadricóptero, e na figura 5 é
apresentado um telefone que faz o uso da placa Raspberry pi.
Hoje, muitos projetos práticos podem ser construídos com o uso de
micro controladores. Tais projetos podem usar plataformas de software para
controlá-los (MITROVIC et al., 2013). Assim, a computação física é formada
Figura 2 Carro com Arduíno controlado remotamente (Fonte: DX, 2014)
Figura 3 Caixa de brinquedos com acesso por impressão digital (Fonte: SOARES, 2013)
Figura 4 Quadricóptero (Fonte: LINUXUSER) Figura 5 PiPhone telefone baseado no Raspberry PI (Fonte: (HUNT, 2014)
21
por elementos de hardware e software. O desenvolvimento de ambos vem se
tornando cada vez mais facilitado devido ao surgimento e popularização dos
kits educacionais (COMPUTACAOFISICABR, 2014).
2.1.1 Hardware
Um micro controlador é um computador. Podendo ter este
computador, um processador, memória e alguns periféricos de entrada e
saída, sendo eles programados. Estes computadores podem ainda ser
colocados num chip (HEATH, 2003, p.11 apud NABEYAMA, 2013).
Um computador é um dispositivo eletrônico que manipula informações
ou dados. Ele tem a capacidade de armazenamento, recuperação e
processamento de dados (GCFLEARNFREE, 2014).
Na época atual, micro controladores tais como o Arduíno, Raspberry PI
estão disponíveis para usuários comuns a um preço favorável. Com isto, é
possível construir sistemas práticos e simples usando tais micro
controladores, (MITROVIC et al., 2013).
O Arduíno é um micro controlador baseado no micro controlador AVR e
define-se como sendo uma plataforma de prototipagem eletrônica de
hardware livre e de placa única, tendo suporte de entrada/saída embutido
(BANZI, 2012). O seu ambiente de programação consiste numa IDE
(Integrated Development Environment) e a sua linguagem é baseada no
C/C++ (KATO, 2010). O Arduíno pode ser usado para conecta-lo a um
computador hospedeiro ou como ferramenta para o desenvolvimento de
objetos interativos (BANZI, 2012). Objetos interativos são objetos que se
podem comunicar com os humanos utilizando sensores e atuadores (BANZI,
2012). Hoje, existem diversas placas Arduíno cada uma delas com as suas
22
respetivas características. As principais diferenças encontram-se no tamanho
de cada placa, modo de uso, processador, velocidade da CPU (ARDUINO,
2014). No quadro 1, podemos ver as seguintes placas Arduíno.
23
Quadro 1- Placas de Arduíno
Placa Uno Due Robot Leonardo Yún Esplora
Foto
Micro-controlador
ATmega328 AT91SAM3X8E ATmega32u4 ATmega32u4 ATmega32u4 ATmega32u4
Pinos de I/O digitais
14/6 54/12 5/6 26/7 20/7
Memória flash
32 KB 512 KB 32 KB 32 KB 32 KB 32 KB
SRAM 2 KB 96 KB 2,5 KB 2.5 KB 2.5 KB 2.5 KB
EEPROM 1 KB Interna 1KB Externa 512 Kbit
1KB 1KB 1KB
Velocidade Do clock
16 MHz 84 MHz 16 MHz 16 MHz 16 MHz 16 MHz
Preço R$ 59 R$ 119 R$ 650 R$ 130 R$ 439 R$ 292
Referência ARDUINO,2014; PROJETOARDUINO, 2014.
ARDUINO,2014; MERCADOLIVRE, 2014.
ARDUINO,2014; MAKERSHED, 2014.
ARDUINO,2014; MERCADOLIVRE, 2014.
ARDUINO,2014; MULTILOGICA-SHOP, 2014.
ARDUINO,2014; MULTILOGICA-SHOP, 2014.
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Para a oficina as placas mais indicadas a serem usadas seriam o
Arduíno uno, leonardo e due por serem as menos dispendiosas. O Arduíno
uno é muito usado para projetos de carros robôs. O Arduíno uno pode ser
carregado usando um conector USB ou fonte de alimentação externa como
por exemplo baterias. A bateria pode variar de 6 volts a 20 volts.
O Arduíno leonardo difere de todas as placas precedentes porque o
ATmega32u4 tem comunicação USB integrada, eliminando a necessidade de
um segundo processador. Permitindo assim, aparecer em um computador
conectado como um mouse ou um teclado. Como no Arduíno uno, o Arduíno
leonardo pode ser carregado usando um conector USB ou fonte de
alimentação externa.
O Arduíno due tem um grande poder de processamento. A placa due
pode ser carregada usando um conector USB ou baterias. Diferente do
Arduíno uno e leonardo as baterias devem ser de 3 volts. O Arduíno Due tem
duas portas USB disponíveis. A porta USB nativa que suporta comunicação
serial. A outra porta USB é a porta de programação.
Ao contrário do Arduíno uno e due, a placa Arduíno leonardo sempre
que for reiniciada, a conexão serial USB será quebrada e reestabelecida. Nas
placas Arduíno uno e leonardo antes de fazermos qualquer upload de um
projeto, precisamos dar um reset. Este reset é feito no software. Já no due
este reset é feito manualmente num botão na própria placa. Como vimos as
três placas uno, leonardo, due usam um conector USB como uma fonte
alternativa de energia. Esta conexão USB serve também para estabelecer a
comunicação da placa com outras placas Arduíno, com um computador,
25
dentre outros. O Arduíno uno, leonardo e due podem ser programados
usando o software Arduíno. (SOUZA, 2014; ARDUINO, 2014).
Já o Raspberry PI é um computador em que todo o hardware é
integrado em uma única placa. Ele pode ser usado em projetos eletrônicos,
processamento de texto e jogos. Tendo como objetivo principal estimular o
ensino da ciência da computação básica na escola (RASPBERRYPI, 2014).
Tanto o Arduíno como o Raspberry PI nos dias de hoje são plataformas
amplamente usadas, tornando a computação física bastante atraente para a
educação (KATO, 2010).
No quadro 2 podemos ver uma breve comparação entre a placa de
Arduíno uno e o Raspberry PI.
Quadro 2- Comparando Arduíno e Raspberry (Fonte: BELLAMY, 2013)
Plataforma: Raspberry PI Arduíno uno
Foto
Velocidade do clock 700 MHz 16 MHz
Gpu Vídeo caora iv Não tem
Memória Não tem 32 KB
Processador ARM11 ATmega328
Ram 521 MB 2 KB
USB 2 1
Ethernet Possui Opcional
Wifi Opcional Opcional
HDMI Possui Não possui
VGA Não possui Não possui
SD Possui Opcional
26
Como viu-se no quadro 2 o Arduíno e o Raspberry PI apresentam algumas
diferenças (ALLAN, 2013; ORSINI, 2014; BELLAMY, 2013). O micro
controlador da plataforma Arduíno consome pouca energia e permite ao
usuário ter controle total do seu hardware. No Arduíno podemos produzir
pequenos programas através de uma IDE. Com estes programas é possível
estabelecer uma comunicação com vários tipos de dispositivos como
sensores, atuadores, LCD e outros (ALLAN, 2013; ORSINI, 2014; BELLAMY,
2013).
Já o Raspberry PI, foi desenvolvido para ser usado em um nível mais
alto. Ele possui hardware que integra várias funções (internet, vídeo e
processamento de áudio), possui alta quantidade de RAM, espaço para
armazenamento e entrada para os periféricos tradicionais. Podemos dizer
que o Raspberry PI é um minicomputador. Assim ele tem como objetivo ser
uma plataforma de computação extremamente barata, em que as pessoas
possam programar em alto nível (ALLAN, 2013; ORSINI, 2014; BELLAMY,
2013).
Entretanto o Arduíno pode ser usado para ler e controlar outros
dispositivos de hardware. O Arduíno apresenta mais flexibilidade do que o
Raspberry PI, pois, permite trabalhar com qualquer tipo de sensor ou chip
sem precisar hardware extra. Ao passo que o Raspberry PI por exemplo para
ler sensores analógicos necessita de assistência de hardware extra. A IDE do
Arduíno é significativamente mais fácil de trabalhar que o Linux. O Raspberry
PI tem maior capacidade computacional, mas, o Arduíno proporciona de
maneira fácil um aprendizado de eletrônica e computação física (ALLAN,
2013; ORSINI, 2014; BELLAMY, 2013).
27
Para além do Arduíno e do Raspberry PI existem outras plataformas,
dentre elas o GoGoBoard, CubieBoard, Gooseberry, APC Rock, OlinuXino,
Hackberry A10 (BELLAMY, 2013, BOARD, 2014).
2.1.2 Software
Um software é um conjunto de instruções específicas que descrevem
uma função a ser realizada para a manipulação e modificação de dados
(FERNANDES, 2002; UFPA, 2010; BEAL, 2014). Deste modo, define-se
software enquanto programa como sendo um conjunto de instruções a serem
interpretadas e executadas por um processador (FERNANDES, 2002; UFPA,
2010).
O ambiente de desenvolvimento Arduíno apresenta uma IDE simples
permitindo ao usuário criar diversos programas (KATO, 2010). Assim, um
ambiente de desenvolvimento integrado ou comumente chamado de IDE é
um programa de computador normalmente usado para aumentar o grau de
produtividade para o desenvolvimento de software (JARVENSIVU et al.,
2006).
Portanto, para se desenvolver algo no ambiente Arduíno, pode-se usar
o editor de texto do ambiente de desenvolvimento (ARDUINO, 2014). Os
programas desenvolvidos usando este ambiente chamam-se sketches, sendo
estes programas implementados usando a linguagem C/C++ (ARDUINO,
2014; KATO, 2010). A IDE do Arduino além de, permitir a codificação e
compilação da linguagem, permite também fazer o uploud dos sketches na
placa Arduino. Na figura 6 é apresentando um código para fazer um led
conectado no Arduíno piscar.
28
// Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.
// give it a name:
int led = 13;
// the setup routine runs once when you press reset:
void setup() {
// initialize the digital pin as an output.
pinMode(led, OUTPUT);
}
// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {
digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(1000); // wait for a second
digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); // wait for a second
}
Figura 6 Código para fazer um led piscar (ARDUINO, 2014).
Por conseguinte, a programação ainda é um campo um tanto difícil.
Hoje, crianças, jovens e adultos gostariam de poder expressar as suas ideias
em alguma linguagem fácil de aprender, mesmo não se vendo como
programadores (SANDOVAL-REYES et al., 2011).
Para atingir estes objetivos foram criadas algumas linguagens de
programação visual, dentre estas Scratch, Alice e Greenfoot (SANDOVAL-
REYES et al., 2011).
Linguagem de programação visual parte do princípio de que imagens
são mais fáceis de entender do que código (SHU, 1988). Logo, a descrição
de um programa é dada por meio de elementos visuais ou outros recursos
gráficos que tendem tornar a programação um tanto mais fácil (SHU, 1988).
Estas linguagens procuram oferecer um meio para ensinar crianças a
programar de forma fácil e intuitiva (DZHENZHER, 2014).
29
Permitem ainda que os alunos desenvolvam conhecimentos bastante
complexos, dentre eles, programação orientada a objetos e desenvolvimento
do pensamento computacional. Esta linguagem visual possibilita também a
compreensão da linguagem escrita e o bom estilo de programação
(DZHENZHER, 2014).
Deste modo, considera-se Alice, uma linguagem de programação
visual educativa usada para introduzir o conceito de programação para
pessoas sem alguma experiência (ALICE, 2014). Ela apresenta um ambiente
de programação 3D que aumenta o grau de facilidade para o
desenvolvimento de alguma animação. Alice permite ainda aos alunos
aprenderem conceitos fundamentais de programação (ALICE, 2014).
Atualmente não existem informações se Alice suporta ou não o ensino de
computação física.
Figura 7 Ambiente de programação Alice (Fonte: SCHÜRMANN,2014)
O Greenfoot também é um ambiente de programação visual que
permite aos alunos obterem conhecimentos sobre a programação orientada a
objetos (GREENFOOT, 2014). O seu diferencial está no desenvolvimento de
30
aplicações gráficas como jogos de criação em ambiente 2D (BEGOSSO et
al., 2012). O Greenfoot pode ser usando juntamente com o Kinect da
Microsoft (GREENFOOT, 2014). A biblioteca Kinect no Greenfoot permite
acessar facilmente o Kinect a partir do cenário Greenfoot dando uma
interface fácil para controlar os movimentos dos usuários (GREENFOOT,
2014). Hoje também estão trabalhando na integração do Greenfoot com o
PicoBoard e com o Flinch, sendo que o PicoBoard permite o uso de sensores
extras (GREENFOOT, 2014).
Figura 8 Ambiente de programação Greenfoot (Fonte: GREENFOOT, 2014)
O Scratch é uma linguagem de programação visual educacional, que
pode ser usada por qualquer tipo de pessoa. Ele foi projetado especialmente
para idades entre 8 e 16 anos, mas é usado por pessoas de qualquer
experiência, idade e formação (SCRATCH, 2014). O Scratch permite que
estas pessoas aprendam os conceitos de programação de computadores,
isto, usando a programação visual para controlar jogos e animações
interativas (SCRATCH, 2014). O Scratch primeiramente foi projetado para o
aprendizado das crianças, por isso ela é uma linguagem orientada para a
31
criação de jogos, e foi motivado pelas necessidades e interesses das
crianças (DZHENZHER, 2014).
No Scratch o IDE é a linguagem de programação (SANDOVAL-REYES
et al., 2011). A programação no Scratch é feita pela junção de blocos de
comando. Estes comandos representam declarações, expressões e
estruturas de controle (MALONEY et al., 2010). Tais blocos controlam objetos
gráficos em 2D chamados de atores, movendo-os em um fundo o qual
podemos chamar de cenário (MALONEY et al., 2010). A figura 9 apresenta a
interface do Scratch.
Figura 9 Interface da área de criação do Scratch online (Fonte: SCRATCH,2014)
O Scratch hoje é usado em mais de 150 países e está disponível em
mais de 40 idiomas (SCRATCH, 2014).
No momento atual existem duas maneiras de poder usar o Scratch.
Uma delas é fazer o uso dele na versão online no browser. Funciona no
Google Chrome, Firefox Safari e Internet Explore (SCRATCH, 2014). A outra
é instalar a sua versão off-line. É possível instalar o Scratch na versão off-line
no Windows, Mac OS x, Mac OS 10.5 ou abaixo, e no Linux sendo na versão
12 para cima de 32 ou 64 bits (SCRATCH, 2014). Nesse momento o Scratch
só está disponível como um aplicativo de desktop, laptops e tablets não
32
sendo possível usá-lo como um aplicativo de smartphones (SCRATCH,
2014). A principal causa de ele não funcionar nos smartphones é o HTML5
(SCRATCH, 2014). Entretanto um aplicativo para smartphones está sendo
desenvolvido (SCRATCH,2014).
É possível estabelecer uma comunicação entre o Arduino e o Scratch.
No quadro 3, se pode observar implementações de interfaces
Scratch/Arduino e versões do Scratch que fornecem comunicação com o
Arduino.
Quadro 3- Implementações que possibilitam a comunicação Scratch Arduino
Nome Sistema Operacional Forma de comunicação
Versão do Scratch
Plataforma
S4A Funciona somente no Windows
Embutido no Scratch (Modificação no Scratch permitindo a criação de novos blocos para gestão de sensores e atuadores).
Scratch versão 1.0
Somente Arduino
BYob Funciona somente no Windows
Embutido no Scratch
Scratch versão 1.0, permite também construir novos tipos de blocos.
Somente Arduino
ScratchGPIO Raspbian Embutido no Scratch
Scratch versão 1.0
Somente Raspberry PI
S2a_fm Multiplataforma Servidor de comunicação externo (linguagem de programação python)
Scratch versão 2.0 e SNAP
Somente Arduino
Xi Multiplataforma Servidor de comunicação externo (linguagem de programação python)
Scratch versão 2.0 e SNAP
Arduino, Raspberry, BeagleBone
Assim, o S4a é uma modificação no Scratch desenvolvida pela Citilab
SmallTalk que permite uma simples programação do Arduino (S4A, 2014). O
S4a permite estabelecer uma comunicação entre o Arduino e o Scratch (S4A,
2014). Ele fornece alguns novos blocos para gestão dos sensores e
33
atuadores conectados ao Arduino (S4A, 2014). O S4a e compatível com o
Scratch, portanto é possível abrir projetos do Scratch nele. Porém, não é
permitido compartilhar projetos na comunidade do website do Scratch, pois
seria contra os termos de uso do Scratch (S4A). Para usar o S4a é
necessário instalar o software tanto no computador quanto na placa Arduino
(S4A, 2014).
Além do S4a, o S2a_fm desenvolvido por Yorinks (2014) e o
SCRATCHDUINO desenvolvido por von Wangenheim (2014) também
permitem a comunicação Scratch e Arduino (COMPUTACAONAESCOLA,
2014).
O S2a_fm é uma extensão de hardware escrito em Python que
permite que o Scratch e um micro controlador Arduino se comuniquem sem
problemas (YORINKS, 2014). Antes de instalar S2a_fm, é necessário que
Python versão 2.7 ou superior, PySerial e PyMata já estejam instalados no
computador (YORINKS, 2014). Uma das diferenças mais notadas foi que o
S4a só trabalha nas placas Arduino diecimila, duemilanove e uno (S4A,
2014).
Já o SCRATCHDUINO é um servidor de comunicação BYOB que
permite comunicação com o Arduino usando Sockets (VON WANGENHEIM).
Entretanto o Snap formalmente chamado de BYOB é uma linguagem
de programação visual de arrastar e soltar blocos (HARVEY; MÖNIG, 2014).
É uma implementação estendida do Scratch que permite criar os próprios
blocos (HARVEY; MÖNIG, 2014). O Snap também roda no navegador internet
(HARVEY; MÖNIG, 2014). Ele é implementado utilizando Java script
(HARVEY; MÖNIG, 2014).
34
Ao passo que o ScratchGPIO é uma linguagem desenvolvida na
linguagem Python como uma maneira fácil de usar o Scratch no Raspberry PI
para controlar luzes, motores, sensores e switches (SIMPLESI, 2014). Ele
age como um intermediário entre Scratch e os pinos GPIO e permite usar
transmissões simples do Scratch como “Pin11On” ou “AllOff" (PIHW, 2014).
Já o Xi permite conectar simultaneamente, monitorar e controlar, o
Arduino, BEAGLEBONE e Raspberry PI usando o Scratch versão 2.0 ou
Snap como uma interface gráfica do usuário (YORINKS, 2014). Atualmente Xi
só funciona com o editor online do Scratch 2.0 (YORINKS, 2014). Projetos
criados usando Xi não podem ser compartilhados na nuvem do Scratch
(YORINKS, 2014). Na figura 10 se pode ver um código com os blocos do
Scratch para fazer um robô mover seus braços. A comunicação
Scratch/Arduino neste caso é utilizando o S2a_fm.
35
Figura 10 Blocos do Scratch para controlar o robô que usa Arduino (Fonte:
COMPUTACAONAESCOLA)
2.1.3 Estrutura física
Além do hardware e software, a estrutura física faz parte da
computação física, como por exemplo o carro, o helicóptero, entre outros.
Esta estrutura física é necessária para o desenvolvimento de moldes e
estruturas. Podemos criar vários projetos ou estruturas físicas usando
materiais reciclados, como papelão, meias, garrafas pet, etc., materiais de
construção como por exemplo, canos. Outra alternativa para a criação de
estruturas físicas é o uso de brinquedos como o material Atto (JFWDUAL,
2014), e o Lego (LEGO, 2014). Nas figuras 11-18 são apresentados alguns
projetos usando diferentes tipos de materiais.
36
Figura 15 O robô que protege o tesouro, usando Arduíno e o Scratch para realizar as funções (Fonte: COMPUTACAONAESCOLA, 2014).
Figura 16 Elefante felpudo (Fonte: FQIU, 2012).
Figura 17 Usando materiais reclináveis para fazer bonecos (Fonte: FASTCOEXIST, 2014).
Figura 11 Robô andarilho desenvolvido usando o material Atto juntamente como o Arduíno (Fonte: COMPUTACAONAESCOLA, 2014).
Figura 14 Lagarto (Fonte: DANCINGFISH, 2012).
Figura 13 Boneco de papelão (Fonte: MYMAKEDO, 2014).
Figura 18 Robô (Fonte: elaborado pelo autor).
Figura 12 Jardim autossustentável, usando o Arduíno, tampa de garra, tubos e um aquário (Fonte: DOCTOR, 2014).
37
Quadro 4- Exemplo de materiais que podem ser usados para construir diversas estruturas
Material reciclado Material de construção Materiais Diversos
Foto
Garrafa pet (Fonte: COMMONS, 2014).
Papelão (Fonte: PIXABAY, 2015).
Tubo PVC (Fonte: DEPOSITOSAOMARCOS, 2014).
Meias (Fonte: SAUDE-E-ETERNIDADE.BLOGSPOT, 2011).
Custo em R$ Sem custo 1,90 (Fonte: CASASHOW, 2014).
Sem custo
Facilidade de montagem
Apresenta uma fácil montagem, geralmente são feitos cortes nas garrafas e no papelão para termos a estrutura necessária. É necessária muita criatividade pois como se tratam de garrafas pet e papelão, fazer uma estrutura é um tanto trabalhoso.
Por ser um tubo também é de fácil montagem, não exige muita técnica talvez apenas para cortar o tubo.
As meias podem ser usadas para dar mais criatividade nas estruturas construídas, e de fácil montagem.
38
No quadro 4 é possível ver exemplos de materiais para construção de
estruturas físicas. As garrafas pet, os tubos PVC, o papelão, as meias, dentre
outros materiais reciclados podem ser usados para construir diversas
estruturas. Normalmente são necessários, material de corte, material de
perfuração, cola, pinceis, tinta para poder trabalhar em cima do material
reciclado e deixar as estruturas mais animadas. Por exemplo, usar uma
tesoura ou outro material de corte para cortar uma garrafa pet e fazer a
cabeça de algum animal (por exemplo dinossauro). Ou usar um material de
perfuração para furar os tubos PVC e fazer os braços e pernas de algum
boneco. Quanto à disponibilidade as garrafas pet, papelão, meia, dentre
outros materiais recicláveis, não têm custo e são fáceis de obter. Os tubos
PVC, têm um custo baixo, mas, são fáceis de obter também.
Além do material reciclado podemos também montar estruturas
usando o material Atto ou o Lego. Atto é um material pronto, formado por um
conjunto de peças de fácil uso. O Atto permite criar e executar diferentes
atividades de maneira rápida e segura (ATTOEDUCACIONAL, 2014). Por ser
um material pronto facilita a construção de diversas estruturas. O custo do
material Atto e do lego vária de acordo com o kit.
Cada material apresenta a sua dificuldade de montagem, tudo
depende da imaginação e criatividade de cada um. Embora já existam peças
prontas que facilitam a montagem de estruturas como o Atto ou o Lego, nos
outros materiais também é necessário usar bastante criatividade para o
desenvolvimento de alguma estrutura.
39
2.2 APRENDIZAGEM E ENSINO DE COMPUTAÇÃO PARA
CRIANÇAS
2.2.1 Aprendizagem e ensino
A aprendizagem é o resultado obtido a partir de um estudo,
experiência, observação, raciocínio e o processo pelo qual competências são
adquiridas ou modificadas (LEFRANÇOIS, 2008, p. 6).
Assim, a competência é o conjunto de conhecimentos, habilidades e
atitudes interdependentes necessárias à execução ou realização de um
determinado propósito (TECCHIO et al., 2008). Deste modo, define-se
conhecimento como o resultado de uma interação entre a inteligência e
situação. Ele inclui teoria e conceitos subjacentes, bem como tácitos
conhecimentos adquiridos como resultado da experiência de executar certas
tarefas (WINTERTON et al., 2005).
Já a habilidade, é saber fazer ou realizar determinada tarefa, ou seja, é
usar o conhecimento de forma adequada (TECCHIO et al., 2008).
Ao passo que a atitude é querer fazer, são os comportamentos que
temos diante determinadas situações (TECCHIO et al., 2008).
O ensino por sua vez pode ser definido como uma forma organizada
de transmitir competências, de forma planejada e por diversos métodos
(LINO, 2007 apud CAMARGO, 2013, SANTOS, 2001). Ele faz-se usando
unidades instrucionais.
Uma unidade instrucional é uma aula, um jogo, uma disciplina, um
evento de aprendizado (GONÇALVES, 1993). Logo, uma unidade instrucional
40
pode ter diversas extensões podendo ser inserida no contexto escolar, ou
sendo oficinas, cursos extras e ou minicursos.
Um workshop ou oficina é um programa educacional. Tem como
objetivo ensinar ou introduzir algo novo sobre algum tema específico de
maneira prática. O workshop é normalmente de curta duração e no mesmo o
público alvo participa muito (CTB, 2014).
O desenvolvimento e aplicação destas unidades instrucionais é
abordado pelo design instrucional (GONÇALVES, 1993). O design
instrucional é um processo para definir, desenvolver, avaliar, aplicar e
racionar sobre a eficácia da aprendizagem num determinado contexto
(KUMAR et al., 2009). É um processo que permite decidir quais unidades
instrucionais são melhores para garantir a aprendizagem nos alunos
(REIGELUTH, 1983 apud UDEN, ALDERSON, 2000). O design instrucional
suporta a compreensão, melhoramento e aplicação das unidades
instrucionais (REIGELUTH, 1983 apud UDEN, ALDERSON, 2000).
Existem diversos modelos de design instrucional (MOLENDA, 2003).
Um modelo de design instrucional é o ADDIE (MOLENDA, 2003) conforme
apresentado na figura 19.
41
Figura 19 Modelo de ADDIE, (Fonte: MOLENDA, 2003).
O modelo de ADDIE tem cinco fases (MOLENDA, 2003):
1. Análise: A fase de análise tem como objetivo identificar o
contexto e as necessidades de aprendizagem. É necessário também
identificar o público-alvo e o ambiente. Devem-se coletar informações sobre o
tipo de conteúdo que será apresentado e quais recursos serão necessários. A
partir desta contextualização são definidos os objetivos de aprendizagem a
serem alcançados (AHMAD, 2013; ABOUT E-LEARNING). Sendo assim, a
elaboração dos objetivos de aprendizagem consiste na forma consciente de
estruturar o processo educacional, de modo a permitir mudança de
pensamentos, ações e conduta (FERRAZ, BELHOT, 2010). Deste modo, a
taxonomia de Bloom pode ser usada para a definição dos objetivos de
aprendizagem. Esta taxonomia é estruturada em níveis. Portanto nesta
taxonomia para se avançar de nível o aluno deverá obter e dominar a
habilidade do nível anterior (Bloom, 1956).
Tipicamente a aprendizagem de competências pode ocorrer em três
domínios segundo BLOOM (1956):
42
Cognitivo: Aquele que abrange toda a aprendizagem intelectual.
Trata do conhecimento, compreensão e o pensar sobre um problema e\ou
fato.
Afetivo: Aquele que abrange os aspectos sociais e de valores.
Ele enfatiza o sentimento, o grau de rejeição ou aceitação e a emoção.
Sendo tais objetivos expressos como interesses, atitudes e valores.
Psicomotor: Aquele que abrange os aspectos que envolvem o
organismo muscular, ou seja, enfatizar alguma habilidade motora, sendo
ligadas as ações físicas.
Os quadros 5-7 apresentam uma descrição dos domínios cognitivo,
afetivo e psicomotor, mostrando os níveis e verbos de cada um dos domínios.
Estes verbos visam dar suporte ao planejamento acadêmico. Deste modo, na
elaboração dos objetivos de aprendizagem, sejam gerais, ou específicos, as
escolhas dos verbos são importantes. Eles são os pontos chave para exprimir
a intenção de um educador (KRATHWOHL, 2002, apud FERRAZ, BELHOT,
2010).
Quadro 5- Categorias atuais da taxonomia de Bloom, descrição e verbos do domínio cognitivo (Fonte: Krathwohl (2002, apud FERRAZ, BELHOT, 2010)).
Domínio Cognitivo
Descrição Verbos para a elaboração dos objetivos de aprendizagem
Lembrar Associado a capacidade de reconhecer e reproduzir ideias e conteúdos
Reconhecer, relembrar
Entender Associado a estabelecer uma conexão entre o novo e o conhecimento previamente adquirido
Interpretar, exemplificar, classificar, sumarizar, inferir, comparar, explicar.
Aplicar Associado a execução de um procedimento em uma determinada situação
Executar, implementar
Analisar Está associada na divisão de informações em partes relevantes e irrelevantes
Diferenciar, organizar, atribuir.
Avaliar Associado a realização de julgamentos que são baseados em critérios e padrões qualitativos e quantitativos
Verificar, criticar
Criar Significa criar algo novo utilizando as competências previamente adquiridas
Gerar Planejar, produzir
Quadro 6- Categorias, descrição e verbos do domínio afetivo (Fonte: NWLINK, 2014).
Domínio Afetivo Descrição Verbos para a elaboração dos objetivos de aprendizagem
43
Recepção Está associada à percepção, a disposição para receber.
Perguntar, escolher, descrever, seguir, dar, deter, identificar, localizar, apontar, selecionar, responder, usar.
Resposta Está associada à participação ativa, a disposição para responder e a satisfação em responder.
Responder, assistir, auxiliar, obedecer, discutir, cumprimentar, ajudar, realizar, praticar, ler, recitar, escrever.
Valorização Valor comunicado na instrução foi internalizado pelo aluno.
Completar, demonstrar, diferenciar, explicar, seguir, formar, iniciar, convidar, juntar justificar, propor, reportar, partilhar, estudar, trabalhar.
Organização Conceituação do valor e organização de um sistema de valores. A ênfase está em comparar, relacionar, e sintetizar valores.
Aderir, alterar, arranjar, combinar, comparar, completar, defender, explicar, formular, generalizar, identificar, integrar, modificar, organizar, preparar, sintetizar.
Internalização de valores O indivíduo passa a ser identificado pela sua comunidade como um símbolo do valor que ele incorporou.
Agir, discriminar, influenciar, escutar, modificar, atuar, praticar, propor, qualificar, perguntar, revisar, resolver.
Quadro 7- Categorias, descrição e verbos do domínio psicomotor (Fonte: NWLINK, 2014).
Domínio Psicomotor Descrição Verbos para a elaboração dos objetivos de aprendizagem
Percepção Associado a atenção que o aluno presta a todos os movimentos envolvidos na ação global
Escolher, descrever, detectar, diferenciar, distinguir, identificar, isolar, relacionar, selecionar.
Posicionamento Está associado na posição que o aluno toma para executar de forma correta e eficiente os movimentos propriamente ditos
Começar, explicar, movimentar, proceder, reagir, mostrar, voluntariar.
Execução acompanhada Após o seu posicionamento o aluno passa a executar os movimentos de forma imperfeita ou parcialmente
Copiar, traçar, seguir, reagir, reproduzir, responder.
Mecanização O ciclo de movimentos é completo. Este é o estágio intermediário em aprender uma habilidade complexa
Montar, calibrar, construir, desmontar, apertar, corrigir, manipular, medir, organizar.
Completo domínio de movimentos
Maestria sobre as ações que se constituíram objeto da aprendizagem. O desempenho hábil de atos motores que envolvem padrões de movimentos complexos.
Montar, calibrar, construir, desmontar, apertar, corrigir, manipular, medir, organizar. Nota: Os verbos são os mesmos que os da mecanização, más, terão advérbios ou adjetivos que indicam que o desempenho é mais rápido, melhor, mais preciso.
Adaptação As habilidades são bem desenvolvidas. O indivíduo pode alterar os padrões de movimento para se adequar às exigências especiais
Adaptar, alterar, mudar, rearranjar, reorganizar, revisar, variar.
Invenção A criação de novos padrões de movimento para atender a uma determinada situação ou problema específico
Arranjar, construir, combinar, compor, criar, desenhar, originar.
44
2. Design: A fase de design tem como objetivo detalhar o projeto
da unidade instrucional, definindo o conteúdo e o sequenciamento. A escolha
da estratégia instrucional e o método de ensino também são feitos nesta fase
(AHMAD, 2013; ABOUT E-LEARNING; NITZKE, 2013). A estratégia
instrucional é modo em que o conteúdo será tratado e exposto, podendo
produzir experiências diferentes de aprendizado (NITZKE, 2013). O termo
método instrucional pode ser definido como a relação entre o conteúdo a ser
exposto e tratado, e os objetivos de aprendizagem (AHMAD, 2013; ABOUT E-
LEARNING; NITZKE, 2013). Pelo que se pode notar as definições acima,
métodos instrucionais e estratégias instrucionais podem apresentar certa
similaridade. Más, as estratégias instrucionais estão mais focadas no apoio
ao aluno na busca de seus objetivos de aprendizado e os métodos
instrucionais são baseados em uma formalidade conhecida (Carnegie Mellon,
2013).
Na etapa de design se deve definir os seguintes aspectos:
Sequência em que os conteúdos serão apresentados, tendo em
consideração os objetivos de aprendizagem e a estratégia de ensino.
O planejamento das estratégias instrucionais deve ser realizado.
O método que será utilizado para medir o progresso dos alunos
durante a instrução também deve ser definido.
Ao final da etapa de design deve-se produzir um documento que irá
conter as especificações que foram definidas e os requisitos que deverão ser
desenvolvidos na etapa seguinte.
Exemplos de estratégias instrucionais podem ser vistos na figura 20.
45
Figura 20 Estratégias instrucionais (SPS, 2004-2009; SASKATCHEWAN EDUCATION, 1991, p. 16,19
apud PICCININI, 2013).
Estas estratégias de ensino têm a função de unir as necessidades e os
interesses dos alunos, de maneira a facilitar e melhorar seu aprendizado.
(SPS, 2004-2009; SASKATCHEWAN EDUCATION, 1991, p. 16,19 apud
PICCININI, 2013):
Instrução Direta: é o ensino mais comum de todos os outros, é
aquele em que o professor ensina o aluno, utilizando um conjunto de
processos de aprendizagem e um horário específico. Esta estratégia consiste
de aulas. Ela é bastante efetiva para fornecer informações e desenvolver
habilidade de passo a passo.
Instrução Indireta: é aquela em que o próprio aluno busca o
conhecimento. É um ensino mais focado no estudante sendo o professor um
orientador. O estudante aqui tem maior envolvimento na investigação e
46
formação de ideias. O professor pode ser também um fornecedor de
ambientes de aprendizado.
Aprendizagem Experimental: esta estratégia também é centrada
no aluno, é o ensino orientado a atividades, onde a pessoa aprende por meio
das experiências.
Estudo independente: é o chamado estudo por contra própria,
aonde se faz ou organiza-se pequenos grupos para estudar. Por esse motivo
o aluno torna-se mais autoconfiante e auto se aperfeiçoa, e nesse caso não
existe uma figura professor.
Instrução interativa: é aquela que se baseia em discussões e
compartilhamento de ideias entre os alunos. O sucesso desta estratégia
depende muito de a capacidade do professor estruturar e desenvolver as
dinâmicas de grupo.
3. Desenvolvimento: Na fase de desenvolvimento é produzido todo
o conteúdo e a seleção dos materiais devidamente apropriados para a
aprendizagem. A fase de desenvolvimento deve seguir todos os requisitos e
especificações que foram especificados na fase anterior. Nesta fase a
unidade instrucional é de fato criada. Os desenvolvedores nesta fase
trabalham para a criação e integração dos materiais didáticos impressos e/ou
digitais. Eles também configurando ambientes virtuais e preparam suporte
tecnológico e administrativo (AHMAD, 2013; ABOUT E-LEARNING; SAVI,
2011).
4. Implementação: Na fase de implementação é onde se aplica a
unidade instrucional, os materiais e também onde se testam os protótipos.
47
Nesta fase, o instrutor aplica a unidade instrucional. É nela que se implanta
ou distribui os materiais instrucionais, ou seja, coloca em prática o que foi
desenvolvido. Envolve também a própria aplicação da unidade instrucional na
pratica (AHMAD, 2013; ABOUT E-LEARNING).
5. Avaliação: A fase de avaliação é uma das fases mais
importantes. Ela aplica-se logo na construção do sistema. Esta avaliação é
conhecida como formativa. No final do sistema deve ser executada a
avaliação sumária. Na fase de avaliação podem ser usadas técnicas de
entrevistas, questionários, observações e experimentos para poder coletar
informações. Esta fase é responsável por mensurar o nível de sucesso de
uma unidade instrucional. Sendo que, nesta fase é possível avaliar se os
objetivos da instrução foram alcançados. Deste modo, tanto a aprendizagem
dos alunos quanto o rendimento do design instrucional são avaliados
(AHMAD, 2013; ABOUT E-LEARNING).
2.2.2 Ensino de Computação
A computação é a busca de uma solução para um determinado
problema. A partir de uma determinada entrada poderemos obter um
resultado através de um algoritmo (HORSWILL, 2008). A aprendizagem de
computação envolve vários domínios conforme apresentado na figura 21
(CSTA, 2011).
48
Figura 21 Aprendizagem de computação (Fonte: CSTA, 2011).
Pensamento computacional. O pensamento computacional é uma
solução que é usada para a resolução de problemas, de tal forma que
podemos implementar num computador, fazendo o uso de um conjunto de
conceitos. Dentre eles a abstração, recursão, iteração, processamento,
análise de dados e criação de artefatos reais e virtuais. Estudar o
pensamento computacional nos permite ainda a melhor entender e analisar
muitos problemas complexos fazendo o uso da seleção e aplicação das
estratégias e ferramentas apropriadas.
Colaboração. Sendo a computação uma disciplina normalmente
colaborativa, o progresso normalmente é obtido quanto trabalha-se em
conjunto. Os projetos em computação envolvem grandes equipes que
trabalham em conjunto. Logo é muito importante aprender a trabalhar em
equipe, comunicar-se de forma eficaz e criticar construtivamente.
49
Programação. A programação é uma parte muito essencial da
computação, pois permite desenvolver a capacidade de criar programas de
software. Os alunos devem ser capazes de projetar, desenvolver e publicar
produtos, utilizando recursos tecnológicos. Deve ainda compreender
algoritmos e a sua aplicação na prática.
Computadores e dispositivos de Comunicação. É muito importante
compreender todos os elementos de um computador e dispositivos de
comunicação. Deve-se ter também um entendimento de como a internet nos
dias de hoje facilita a comunicação global.
Impactos éticos, globais e na comunidade. O aluno deve ter
princípios de privacidade, segurança na rede, licenças de software e direitos
autorais. Tudo isso deve ser ensinado para que os alunos se tornem
cidadãos responsáveis na sociedade moderna. Eles devem ser capazes de
avaliar a confiabilidade e precisão das informações retiradas da internet. Os
alunos também devem entender e avaliar os impactos positivos e negativos
dos computadores nas sociedades.
A partir desta definição e definindo as diretrizes do currículo para o
ensino de computação K-12 (CSTA, 2011) espera- se que o aluno na oficina
de pais e filhos consiga aprender muito mais do que simplesmente o uso da
tecnologia da informação (automatização de escritório). Espera-se que o
aluno consiga desenvolver o pensamento computacional, como uma
abordagem para resolver problemas, em uma forma que pode ser
implementada por um computador, envolvendo um conjunto de conceitos
como a iteração, abstração, recursão. Além de aprender a prática de
computação, explorando também o uso da programação para resolver
50
problemas e o uso das ferramentas de software adequadas para resolver
problemas algorítmicos e computacionais (CSTA, 2011; NUNES, 2008; VON
WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014).
Seguindo o CSTA (2011), o ensino de computação do infantil ao ensino
médio é baseado em um modelo de três níveis, podemos observar na figura
22. O primeiro nível fornece os padrões de aprendizagem para os estudantes
do infantil até ao sexto ano. O segundo nível fornece os padrões de
aprendizagem para os estudantes do sexto até o nono, e o terceiro nível para
os alunos do ensino médio.
Figura 22 Níveis de para o ensino de computação (Fonte: CSTA, 2011).
O foco neste trabalho é no ensino de computação para crianças dos
12-14 anos de idade, é usado o nível 2 das diretrizes CSTA para o ensino de
computação (CSTA, 2011). No nível 2, os alunos devem começar a usar o
pensamento computacional para resolverem os seus problemas. Nesse nível
eles começam a compreender o quanto a computação facilita a comunicação
e a colaboração. Os alunos neste nível devem tentar usar o pensamento
computacional para abordar questões relevantes. As experiências de
51
aprendizagem que foram criadas devem ser relevantes para os alunos,
devendo ver-se a si mesmos como solucionadores de problemas. Eles
devem ser projetados com foco na aprendizagem e exploração ativa (CSTA,
2011). O quadro 8 apresenta os objetivos de aprendizagem nível 2 (CSTA,
2011):
Quadro 8- Objetivos de aprendizagem (Fonte: CSTA, 2011).
Objetivos
Pensamento computacional
[PC1] usar os passos básicos de algoritmos para a resolução de problemas ao projetar soluções. [PC2] Descrever o processo de paralelização na forma que se refere à resolução de problemas. [PC3] Definir um algoritmo, como sendo uma sequência de instruções que podem ser processadas por um computador. [PC4] Avaliar formas em que algoritmos diferentes podem ser utilizados para resolver o mesmo problema. [PC5] Dramatizar algoritmos de busca e ordenação. [PC6] Descrever e analisar uma sequência de instruções a ser seguida. [PC7] Representar dados em maneiras diferentes, incluindo texto, sons, imagens e números. [PC8] Usar representações visuais de estados de problemas, estruturas, e dados. [PC9] Interagir com modelos específicos de conteúdo e simulações para apoiar a aprendizagem e pesquisa. [PC10] Avaliar que tipos de problemas podem ser resolvidos usando modelagem e simulação. [PC11] Analisar o grau em que um modelo de computador representa, com precisão, o mundo real. [PC12] Fazer uso da abstração para decompor um problema em subproblemas. [PC13] Compreender a noção de hierarquia e abstração em computação, incluindo linguagens de alto-nível, tradução, conjunto de instruções, e circuitos lógicos. [PC14] Examinar conexões entre elementos da matemática e ciência da computação, incluindo números binários, lógica, conjuntos e funções. [PC15] Fornecer exemplos de aplicações interdisciplinares do pensamento computacional.
Colaboração [C1] Aplicar ferramentas e periféricos de produtividade/multimídia para colaboração em grupo e para apoiar a aprendizagem ao longo do currículo. [C2] Colaborativamente criar, desenvolver, publicar e apresentar produtos, utilizando recursos tecnológicos que demonstram e comunicam conceitos do currículo. [C3] Colaborar com colegas, especialistas e outros utilizando práticas colaborativas como programação em pares, trabalho em equipes de projeto, e participação em atividades de aprendizagem ativa em grupo. [C4] Exibir disposições necessárias para colaboração: fornecer feedback útil e integrante, compreender e aceitar múltiplas perspectivas, socialização.
Programação [P1] Selecionar ferramentas e recursos tecnológicos apropriados para realizar tarefas variadas e resolver problemas. [P2] Usar uma variedade de ferramentas e periféricos de multimídia para apoiar a produtividade e aprendizagem pessoal durante todo o currículo. [P3] Conceber, desenvolver, publicar e apresentar produtos usando recursos de tecnologia que demonstram e comunicam os conceitos do currículo. [P4] Demonstrar uma compreensão de algoritmos e a sua aplicação prática. [P5] Implementar soluções de problema utilizando uma linguagem de programação, incluindo: o comportamento de laços, instruções condicionais, lógica, expressões, variáveis e funções. [P6] Demonstrar boas práticas na segurança da informação pessoal, usando senhas, encriptação e transações seguras. [P7] Identificar carreiras interdisciplinares que são abrangidas pela 9 ciência da
52
computação. [P8] Demonstrar receptiva disposição para resolver e programar problemas indeterminados (p.ex. conforto com complexidade, persistência, brainstorming, adaptabilidade, paciência, tendência a mexer, criatividade, aceitação de mudanças). [P9] Coletar e analisar dados que correspondem à saída de múltiplas execuções de um programa de computador.
Computadores e dispositivos de comunicação
[CDC1] Reconhecer que os computadores são equipamentos que executam programas. [CDC2] Identificar uma variedade de dispositivos eletrônicos que contêm processadores computacionais. [CDC3] Demonstrar compreensão sobre a relação entre hardware e software. [CDC4] Usar terminologia adequada ao desenvolvimento e, precisa na comunicação sobre tecnologia. [CDC5] Aplicar estratégias para identificar e resolver problemas de rotina de hardware que ocorrem no uso de computador diariamente. [CDC6] Descrever os principais componentes e funções de sistemas de computadores e redes. [CDC7] Descrever o que distingue os seres humanos de máquinas, dando um enfoque na inteligência humana contra a inteligência de máquina e, formas que podemos nos comunicar. [CDC8] Descrever maneiras em que os computadores usam modelos de comportamento inteligente (p.ex. movimento de robô, fala e compreensão da linguagem e, visão computacional).
Impactos éticos, globais e na comunidade.
[IEGC1] Apresentar comportamentos legais e éticos no uso de informação e tecnologia e, discutir as consequências do uso indevido. [IEGC2] Demonstrar conhecimento das mudanças nas tecnologias de informação ao longo do tempo e os efeitos destas mudanças na educação, no local de trabalho e na sociedade. [IEGC3] Analisar os impactos positivos e negativos da computação na cultura humana. [IEGC4] Avaliar a precisão, relevância, adequação, abrangência, e viés de fontes de informação eletrônicas referentes a problemas do mundo real. [IEGC5] Avaliar a precisão, relevância, adequação, abrangência, e viés de fontes de informação eletrônicas referentes a problemas do mundo real. [IEGC6] Discutir como a distribuição desigual de recursos de computação em uma economia global levanta questões de equidade, acesso e poder.
Portanto, por meio de uma oficina faz-se o ensino da computação
física. A vantagem desta oficina como estratégia instrucional para ensinar a
computação, é a capacidade que a mesma tem de manter a atenção dos
alunos de forma atrativa e divertida, utilizando o Scratch e o Arduino
(LEMOS, 2014; VON WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014). Assim, o
aluno para além de compreender, ele também fixa melhor todo o conteúdo
apresentado. Espera-se que ao aplicar esta oficina como estratégia
instrucional, as crianças fiquem motivadas e interessadas por essa área.
53
3. ESTADO DA ARTE
O objetivo deste capítulo é fazer um levantamento do estado da arte
em relação às unidades instrucionais para o ensino de computação física em
oficinas de pais e filhos. Para isso realizou-se uma revisão sistemática da
literatura seguindo-se o método de revisão definido por Kitchenham (2004).
3.1 DEFINIÇÃO
A pergunta de pesquisa desta revisão sistemática é:
1. Quais unidades instrucionais para ensinar computação para
crianças dos 12-14 anos de idade em oficinas de pais e filhos existem.
2. Quais materiais eles fornecem?
As ferramentas de busca utilizadas foram o Google (google.com.br) e
o ScratchEd (scratched.gse.harvard.edu). Utilizou-se o Google por ainda não
terem muitas publicações acadêmicas disponíveis, mas várias publicações
nos próprios web sites de diversas iniciativas desta área. Utilizou-se o
ScratchEd porque é uma comunidade online aonde os educadores que usam
Scratch podem publicar, compartilhar suas ideias e projetos. Foram
analisados os 100 primeiros resultados por ordem de significância das strings
de busca. São considerados artigos ou publicações divulgadas em inglês e
português nos períodos de 2003 até 2014, pois o Scratch só foi desenvolvido
em 2003.
Critérios de inclusão e exclusão:
Serão desconsiderados artigos ou publicações que:
Tratam de unidades instrucionais para ensinar computação para
crianças abaixo dos 12 anos de idade.
54
Tratam de unidades instrucionais em que os pais não
participam junto.
Tratam de oficinas sem o Scratch juntamente com o Arduino.
Tratam de oficinas sem uma breve explicação ou sem detalhes.
O quadro 9 apresenta todas as palavras que são combinadas
formando os termos de busca.
Quadro 9- Palavras para os termos de busca
Termo Sinônimo Tradução
Workshop Oficina
Family Parents and children’s Família, pais e filhos
Physical computing Robotics Computação física, robótica
Scratch
Arduino
Learn Teach Aprender, ensinar
No quadro 10 são apresentadas todas strings de busca em inglês
utilizados em seus respectivos repositórios. E no quadro 11 são apresentadas
todas strings de busca traduzidos para o português.
Quadro 10- Strings de busca da Revisão sistemática da literatura
Repositório Strings de Busca
Google 1. Parents and children workshops to learn physical computing. 2. Parents and children workshops to learn Robotics. 3. Teaching physical computing in Parents and children’s workshops. 4. Teaching robotics in Parents and children’s workshops. 5. Teaching physical computing in family workshops. 6. Teaching robotics in family workshops. 7. Workshop for parents and children to learn physical computing with Scratch
and Arduino. 8. Workshop for family to learn physical computing with Scratch and Arduino. 9. Teaching physical computing in family workshops with Scratch and
Arduíno. 10. Teaching physical computing in parents and children workshops with
scratch and Arduino. 11. Parents and children workshops to learn physical computing with Scratch
and Arduino. 12. Family workshops to learn physical computing with Scratch and Arduino. 13. Robotics for Kids with Scratch. 14. Family computing workshops.
ScratchEd 1. Parents and children workshops to learn physical computing. 2. Parents and children workshops to learn Robotics. 3. Teaching physical computing in Parents and children’s workshops. 4. Teaching robotics in Parents and children’s workshops. 5. Teaching physical computing in family workshops. 6. Teaching robotics in family workshops. 7. Workshop for parents and children to learn physical computing with Scratch
55
and Arduino. 8. Workshop for family to learn physical computing with Scratch and Arduino. 9. Teaching physical computing in family workshops with Scratch and
Arduíno. 10. Teaching physical computing in parents and children workshops with
Scratch and Arduíno. 11. Parents and children workshops to learn physical computing with Scratch
and Arduino. 12. Family workshops to learn physical computing with Scratch and Arduino. 13. Robotics for Kids with Scratch. 14. Family computing workshops.
Quadro 11- Strings de busca da Revisão sistemática da literatura
Repositório Strings de Busca
Google 1. Oficina de pais e filhos para aprender computação física. 2. Oficina de pais e filhos para aprender robótica. 3. Ensino de computação física em oficinas de pais e filhos. 4. Ensino de robótica em oficinas de pais e filhos. 5. Pais e filhos em oficinas para aprender robótica. 6. Ensino de computação física em oficinas familiares. 7. Oficina para pais e filhos para aprender computação física com o
Scratch e Arduino. 8. Oficina para famílias para aprender computação física com o Scratch
e Arduino. 9. Ensino de computação física com o Scratch e Arduino em oficinas
familiares. 10. Ensino de computação física com o Scratch e Arduino em oficinas
para pais e filhos. 11. Oficina de pais e filhos para aprender computação física com o
Scratch e Arduino. 12. Oficina familiar para aprender computação física com o Scratch e
Arduino. 13. Robótica para crianças usando o Scratch. 14. Oficina de computação para familiares.
ScratchEd 1. Oficina de pais e filhos para aprender computação física. 2. Oficina de pais e filhos para aprender robótica. 3. Ensino de computação física em oficinas de pais e filhos. 4. Ensino de robótica em oficinas de pais e filhos. 5. Pais e filhos em oficinas para aprender robótica. 6. Ensino de computação física em oficinas familiares. 7. Oficina para pais e filhos para aprender computação física com o
Scratch e Arduino. 8. Oficina para famílias para aprender computação física com o Scratch
e Arduino. 9. Ensino de computação física com o Scratch e Arduino em oficinas
familiares. 10. Ensino de computação física com o Scratch e Arduino em oficinas
para pais e filhos. 11. Oficina de pais e filhos para aprender computação física com o
Scratch e Arduino. 12. Oficina familiar para aprender computação física com o Scratch e
Arduino. 13. Robótica para crianças usando o Scratch. 14. Oficina de computação para familiares.
56
3.2 EXECUÇÃO
A busca foi realizada em novembro de 2014. A quadro 12 apresenta
todos resultados mediante a cada um dos termos de busca utilizados.
Quadro 12- Resultado das buscas em cada um dos repositórios e com cada termo
Base Google
Buscas Número total dos resultados das buscas usando os termos em inglês
Número total dos resultados das buscas usando os termos em português
Busca 1 4310000 19
Busca 2 1630000 16
Busca 3 238000 166000
Busca 4 218000 28100
Busca 5 2170000 55700
Busca 6 1760000 188000
Busca 7 3070 16
Busca 8 4870 13
Busca 9 1620 2160
Busca 10 1990 1640
Busca 11 6220 51
Busca 12 3820 968
Busca 13 98400 4740
Busca 14 3720000 169000
Base ScratchEd
Busca 1 0 0
Busca 2 1 0
Busca 3 0 0
Busca 4 1 0
Busca 5 1 0
Busca 6 3 0
Busca 7 0 0
Busca 8 3 0
Busca 9 3 0
Busca 10 0 0
Busca 11 0 0
Busca 12 3 0
Busca 13 2 0
Busca 14 5 0
Após realizarem-se todas as buscas com os diferentes termos, em
português e em inglês, obteve-se um total de 14782413 resultados no
Google. Sendo que muitos dos resultados obtidos eram iguais para diferentes
termos de busca. Levando em consideração os critérios de inclusão e
exclusão nenhum dos 14782413 resultados encontrados no Google foi
considerado relevante. Dos 14782413 resultados somente 15 resultados
contêm referências de oficinas para ensinar computação física, porém não
atendem a todos critérios de inclusão. No ScratchEd obteve-se um total de 22
57
resultados, sendo que muitos dos resultados obtidos eram iguais para os
diferentes termos de busca usados.
Após realizarem-se as buscas foram encontradas publicações
referentes a 4 oficinas para o ensino de computação física. Estas 4 oficinas
não atendiam todos os critérios de inclusão, mas devido a carência de artigos
ou publicações sobre esse tema decidiu-se usar tais oficinas como base.
3.3 EXTRAÇÃO DA INFORMAÇÃO E ANÁLISE DOS
RESULTADOS
Nos quadros 13-16 são apresentadas as principais informações em
relação a cada uma destas oficinas.
Quadro 13- Informações sobre a oficina Teaching Game Programming in Family
Oficina Teaching Game Programming in Family Workshops.
Tema Programação de um jogo utilizando o Scratch.
Descrição Na oficina os participantes desenvolvem um jogo usando o Scratch. O jogo trata-se de um tubarão que come tantos peixes quanto possível. Os movimentos do tubarão são feitos usando o mouse. Esta programação envolve conceitos básicos do uso de comandos condicionais, uso de loops, uso de operadores para a geração de números aleatórios.
Duração 3 horas.
Linguagem utilizada Scratch.
Público alvo Crianças acompanhadas dos pais, ou outro membro da família.
Idade das crianças Dos 6 aos 14 anos de idade.
Objetivos de aprendizagem Lembrar de como usar e aplicar o Scratch, entender a importância da computação, aplicar o que foi aprendido para o desenvolvimento do jogo ou de jogos futuramente. Lembrar dos conceitos de programação, seu uso e aplicação.
Vagas 30.
Número de ministrantes da oficina 1 instrutor com dois assistentes.
Materiais (Software) Scratch.
Matérias (Adicionais) Cartas de instrução e gibi.
Custo da oficina Não informado.
Referência (VON WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014).
Quadro 14- Informações sobre a oficina Makey Makey e Scratch para educadores, pais e crianças
Oficina Oficina de Makey Makey e Scratch para educadores, pais e crianças.
Tema Desenvolvimento de estruturas, usado o Makey Makey e o Scratch para controlar as estruturas
58
Descrição Nas 2 primeiras horas da oficina são ensinados conceitos sobre o Scratch e as outras duas para usar o Makey Makey. Nesta oficina
Duração 4 horas.
Linguagem utilizada Scratch.
Público alvo Educadores, crianças, pais e demais interessados.
Idade das crianças A partir dos 9 anos de idade.
Objetivos de aprendizagem Lembrar de como usar e aplicar o Scratch, o Makey Makey. Entender a importância da computação, aplicar o que foi aprendido circuitos eletrônicos. Lembrar de conceitos básicos de programação, como usar e aplicar.
Vagas 30.
Número de ministrantes da oficina 4.
Materiais (Software) Scratch.
Materiais (Hardware) Makey Makey
Custo da oficina R$449.
Referência (INSTITUTOPARAMITAS, 2014).
Quadro 15- Informações sobre a oficina ANIMALUDICS – animatronics para pais e filhos
Oficina ANIMALUDICS – animatronics para pais e filhos.
Tema Uso de eletrônica e de robótica em bonecos mecanizados para que pareçam ter vida.
Descrição Na oficina os participantes são envolvidos em um ambiente de criação de histórias para desenvolver habilidades de construção e resolução de problemas lógicos usando linguagem de programação e eletrônica. A oficina consiste no uso de eletrônica e de robótica em bonecos mecanizados para que pareçam ter vida.
Duração Não informada.
Linguagem utilizada Scratch.
Público alvo Pais e filhos.
Idade das crianças Dos 6 aos 16 anos de idade.
Objetivos de aprendizagem Lembrar de como usar e aplicar o Scratch, o Arduíno. Entender a importância da computação, aplicar o que foi aprendido para o desenvolvimento de moldes e estruturas, construção de circuitos eletrônicos. Lembrar de conceitos básicos de programação, como usar e aplicar.
Vagas Não é informado.
Número de ministrantes da oficina Não é informado.
Materiais (Software) Scratch,
Materiais (Hardware) Arduino uno.
Materiais (Estrutura física) Fibra de silicone, tecidos, feltro, malha de arame, agulha e linha de costura, botões e tesoura.
Custo da oficina R$123,97.
Referência (DISCOMBOBULATE, 2011).
Quadro 16- Informações sobre a oficina Family Creative Learning
Oficina Family Creative Learning.
Tema Desenvolvimento de projetos usando o Scratch e o Makey Makey
Descrição Na oficina as famílias usam o Scratch e o Makey Makey para desenvolverem os seus projetos. Cada oficina é dividida em 4 partes, comer, conhecer, fazer e partilhar.
Duração 5 oficinas com duração de 2 horas cada.
Linguagem utilizada Scratch.
Público alvo Pais e filhos
Idade das crianças Dos 7 aos 12 anos de idade
Objetivos de aprendizagem Lembrar de como usar e aplicar o Scratch e o Makey Makey. Entender a importância da computação, aplicar o que foi aprendido para o desenvolvimento de moldes e estruturas. Lembrar de conceitos básicos de programação, como usar e aplicar. Entender a importância do trabalho em grupo.
Vagas 30.
59
Número de ministrantes da oficina 1 para 3 ou 4 famílias.
Materiais (Software) Scratch,
Materiais (Hardware) Makey Makey e um projetor,
Matérias (Estrutura física) Cartolina ou papel de embrulho, marcadores e lápis de cor, materiais condutores e não condutores, toalha de mesa, folha de alumínio.
Custo da oficina Não é informado.
Referência (FAMILY, 2014).
3.4 DISCUSSÃO
Após realizada a análise da literatura, aplicando os critérios de
inclusão e exclusão pode-se observar que não há oficinas para o ensino de
computação física para pais e filhos diante dos critérios que foram
estabelecidos. Aliviando estes critérios, como, idade das crianças, oficinas
sem os pais juntos, oficinas com o Scratch, mas sem o Arduino e oficinas
sem o uso do Scratch, se obteve um número maior de oficinas. Dentre estas
oficinas destacam –se:
Crianças aprendem e criam através da programação
(INFORMATICASMEC2009, 2014).
NanoLab – Look, Listen & Touch: Intro to Programming &
Physical Computing – Grades 1 & 2 (KIDSMAKETHINGSBETTER, 2014).
Introdução à programação e computação física: Makey Makey
(PUMPKIN, 2014).
Oficina de Robótica - Comemoração do Dia dos Pais 2011
(PLUGADOEDUCACAO, 2011).
Planned workshops for Scratch day (SCRATCH, 2011).
Family science workshops (GREATSCIENCE, 2014).
Einstein’s Workshop gives kids space to explore (CHRISTIAN,
2014).
60
Lifelong Learning: An Interview with Keith Braafladt about the
Science Museum of Minnesota (CHUNG, 2010).
Teaching Game Programming in Family Workshops (VON
WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014).
Oficina de Makey Makey e Scratch para educadores, pais e
crianças (INSTITUTOPARAMITAS, 2014).
ANIMALUDICS – animatronics para pais e filhos
(DISCOMBOBULATE, 2011).
Family Creative Learning (FAMILY, 2014).
Neste sentido, observa-se que avaliação realizada nas oficinas
Teaching Game Programming in Family, Makey Makey e Scratch para
educadores, pais e crianças, ANIMALUDICS – animatronics para pais e
filhos, Family Creative Learning apresentou resultados positivos. É possível
ver que a aplicação destas oficinas exibiu bons resultados na aprendizagem
do aluno não só na área de computação física, mas também na área de
programação, colaboração, criatividade. Nestas oficinas os participantes
aprendem de maneira mais intuitiva a usar e entender os comandos
condicionais, estruturas de repetição. Também é possível observar que em
alguma delas não há um bom detalhamento da oficina, o que dificulta utilizá-
la como base para próximas oficinas.
Pode-se observar também que já existem diversas unidades
instrucionais para ensinar robótica que utilizam o Lego, como por exemplo, a
oficina crianças aprendem e criam através da programação: robótica com
Lego, Scratch (MUNICIPAL, 2009), a oficina Oficina de Robótica -
61
Comemoração do Dia dos Pais 2011 (PLUGADOEDUCACAO, 2011) e a
oficina Einstein’s Workshop gives kids space to explore (CHRISTIAN, 2014).
Como conclusão, se pode ver que oficinas para o ensino de
computação física usando o Scratch e o Arduino junto ainda são uma
novidade, e que ainda não são muito usadas no ensino de computação física.
3.5 AMEAÇAS A VALIDADE
Este capítulo tem como objetivo central aclarar as ameaças à validade
dos resultados. Entende-se que durante o desenvolvimento de alguma
pesquisa científica certos fatores podem invalidar esta pesquisa. Portanto,
tendo como objetivo a realização de uma revisão sistemática da literatura
criteriosa segue-se o método de revisão definido por Kitchenham (2004).
Após realizada a análise da literatura, aplicando os critérios de
inclusão e exclusão foi possível observar que não há oficinas para o ensino
de computação física para pais e filhos diante dos critérios que foram
estabelecidos. Assim sendo, devido a carência de artigos, os critérios de
inclusão e exclusão foram aliviados, o que poderia influenciar a falsas
conclusões da revisão da literatura.
Podemos considerar outra ameaça à validade o uso do Google como
ferramenta de busca. Utilizou-se o Google por ainda não terem muitas
publicações acadêmicas disponíveis, mas várias publicações nos próprios
web sites de diversas iniciativas desta área.
62
4. OFICINA DE COMPUTAÇÃO FÍSICA COM MATERIAL
RECICLADO
Este capítulo tem como objetivo apresentar a unidade instrucional a
ser desenvolvida como parte do presente trabalho. Neste capítulo são
apresentados os aspectos mais importantes da concepção da oficina.
4.1 DESIGN INSTRUCIONAL DA OFICINA
Esta seção é responsável pela aplicação do modelo de ADDIE para o
desenvolvimento da unidade instrucional.
4.1.1 Análise
Nesta secção é definido o que será abordado, o contexto e as
características do público alvo.
O público alvo desta oficina são alunos do ensino fundamental 2
acompanhados de seus pais, ou qualquer membro da família que seja adulto.
A faixa etária dos alunos é dos 12 aos 14 anos. Assume-se que o público já
possui algum conhecimento básico de como trabalhar com um computador
(ligar, desligar, guardar documentos, navegar na web, etc.).
Contexto: A oficina desenvolvida é projetada para o ensino de
computação física. Logo pode ser aplicada em qualquer escola que possua
em sua infraestrutura um laboratório que disponha de computadores. Com
base na infraestrutura da Universidade Federal De Santa Catarina, os
laboratórios disponíveis para a aplicação da oficina possuem em média 16
computadores. Caso a oficina for aplicada em uma escola, necessita-se fazer
o levantamento do número de computadores que esta escola pode
disponibilizar para realizar esta oficina. Assim, cada computador é para um
63
par, criança e acompanhante. A oficina tem uma duração de 8 horas, sendo
ela dividida em 4 aulas de 2 horas cada.
Os objetivos de aprendizagem desejados são:
Os participantes após terminarem a oficina deverão lembrar o
que é a computação, sua importância e os seus impactos na sociedade.
Os participantes após terminarem a oficina deverão lembrar o
que é o Scratch, como ele pode ser usado e aplicado.
Os participantes após terminarem a oficina deverão lembrar o
que é o Arduino e como ele pode ser usado.
Entender a importância da computação física.
Entender a importância do trabalho em equipe.
Os participantes após terminarem a oficina deverão lembrar dos
conceitos básicos de programação apresentados e como aplica-los.
4.1.2 Design
Nesta secção é definido o conteúdo, a forma em que esse conteúdo é
apresentado e a definição da estratégia instrucional.
Os conteúdos abordados tendo em vista os objetivos de aprendizagem
são:
Computação, breve introdução, seu uso e impactos na
sociedade.
Computação física, apresentar os conceitos básicos
relacionados a computação física, o que é, qual a sua importância, impacto e
seu uso.
64
Arduino, introdução concisa, o que é, como funciona, como
usar.
Conceitos básicos de programação, como loops, comandos
condicionais.
Scratch, introdução sucinta, definição, funcionamento e uso.
Comunicação Scratch com o Arduíno, apresentação breve e
superficial.
Robô.
Foram desenvolvidos 4 planos sendo eles: plano de ensino, plano de
aula 1, plano de aula 2, plano de aula 3 e plano de aula 4. O plano de ensino
apresenta os objetivos de aprendizagem pretendidos e a sequência dos
conteúdos. Os planos de aula apresentam os objetivos de aprendizagem da
aula corrente e o conteúdo abordado nesta mesma aula. As figuras 23-27
ilustram um extrato de cada um dos planos. Os planos completos encontram-
se no Apêndice A, ao final deste trabalho.
65
Figura 23 Plano de ensino (extrato do plano de ensino)
66
Figura 24 Plano da aula 1 (extrato)
67
Figura 25 Plano da aula 2 (extrato)
68
Figura 26 Plano da aula 3 (extrato)
69
Figura 27 Plano da aula 4 (extrato)
O conteúdo é abordado seguindo a seguinte sequência:
a) Principais aspectos da computação
b) Conceitos sucintos de computação física, Arduino e
programação.
c) Explicação concisa do Scratch e comunicação Scratch/ Arduino.
d) Montagem e programação do robô
As duas estratégias instrucionais adotadas na unidade instrucional
são: aprendizagem experimental e instrução direta.
70
Por conseguinte, ao usar-se estas estratégias instrucionais obtém-se
os seguintes materiais instrucionais:
Aprendizagem experimental:
o Brainstorming.
o Exercícios práticos (interação professor e aluno).
o Atividade de programação.
Instrução direta:
o Conjunto de slides que apresentam todo conteúdo teórico que o
aluno deve compreender.
4.1.3 Desenvolvimento
Esta secção é responsável pela criação do conteúdo e a seleção dos
materiais devidamente apropriados para a aprendizagem. Portanto têm-se:
a) Slides: para o desenvolvimento dos slides teve-se como base
slides utilizados em oficinas de ensino de computação anteriores
(COMPUTACAONAESCOLA, 2015). Para efetuar-se a sua elaboração fez-se
um estudo de quais conteúdos deveriam ser abordados aos alunos. Utilizam-
se abordagens concisas e focalizadas para não saturar os alunos. A fim de
tornar a aula mais atrativa, os slides além de conter textos, contêm imagens e
vídeos com interesse de captar a atenção dos alunos. Usa-se também, além
dos slides (conceitos teóricos) atividades práticas. No total, foram
desenvolvidos 4 conjuntos de slides.
O primeiro conjunto de slides abrange o conteúdo sobre a
computação. O segundo conjunto de slides envolve o conteúdo sobre
computação física, conceitos de programação e Arduino. O terceiro conjunto
inclui Scratch e comunicação Scratch/Arduino. Por último, é o conjunto que
71
abarca o conteúdo sobre a montagem e programação do robô. Nas figuras
28-35 se pode observar um extrato do primeiro e do segundo conjunto de
slides. O conjunto de slides completos pode ser visto no Apêndice B no final
deste trabalho.
Figura 28 Slide sobre a aula 1 (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 28 Slide sobre o que é a computação (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 29 Slide sobre o uso da computação (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 30 Slide sobre a comunicação (extrato do primeiro conjunto de slides)
72
b) Tarefa para casa: foram desenvolvidas 2 tarefas para serem
resolvidas em casa. Estas tarefas servem para ver se o aluno
realmente fixou o conteúdo abordado na aula. A figura 36 ilustra
um extrato de uma das tarefas para casa. O conjunto de todas as
tarefas para casa pode ser encontrado no Apêndice C ao final do
trabalho.
Figura 31 Slide sobre a aula 2 (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 32 Slide sobre o computador (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 33 Slide sobre para que serve cada componente de um computador (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 34 Slide sobre o processador (extrato do segundo conjunto de slides)
73
Figura 35 Tarefa para casa (extrato da primeira tarefa para casa)
c) Atividades práticas: alguns slides contêm atividades práticas a
fazer durante a aula. Na figura 37 é possível observar uma das
atividades.
74
Figura 36 Atividade prática durante a aula (extrato do segundo conjunto de slides)
d) Roteiro: Foram desenvolvidos 3 roteiros para auxiliarem os
alunos e os professores durante algumas aulas. O primeiro roteiro
consiste nos passos para montagem da estrutura física. O
segundo roteiro trata dos passos para a montagem do Arduino,
sonar, servo motor e leds na protoboard. O terceiro roteiro consiste
nos passos da programação do Arduino. A figura 38 apresenta um
extrato do primeiro roteiro. Os roteiros completos são encontrados
no Apêndice D no final do trabalho.
75
Figura 37 Roteiro (extrato do primeiro roteiro)
e) Lista de materiais: foi desenvolvida uma lista de materiais
reciclados que podem ser usados para a construção da estrutura
física. A lista pode ser encontrada no Apêndice F ao final do
trabalho.
f) Foram desenvolvidas duas estruturas físicas como exemplo do
uso de materiais reciclados. A figura 39 mostra uma das estruturas
criadas (bicho de pelúcia). A lista dos materiais necessários, os
passos para a criação da outra estrutura criada (robô) bem como o
76
custo final pode ser encontrada no Apêndice G ao final deste
trabalho.
Figura 38-Bicho de pelúcia usando material reciclado
4.1.4 Avaliação
A secção de avaliação é responsável por avaliar toda a unidade
instrucional quanto à sua qualidade.
Avalia-se o impacto da oficina de acordo com a motivação, experiência
e aprendizagem do aluno. Tendo como objetivo, discernir existentes
melhorias para próximas oficinas.
Por conseguinte, os aspectos de qualidade da unidade instrucional
são:
Conter os objetivos de aprendizagem bem definidos.
Ter um carácter motivante e cativador.
A fim de avaliar a unidade instrucional, foi adequado o modelo de
MEEGA de avaliação de jogos educacionais proposto por SAVI (2011). Este
modelo é baseado nos quatro níveis de avaliação de Kirk&Patrick (2006).
77
Define-se este modelo como sendo uma estrutura padronizada para
avaliação da aprendizagem. A Figura 41 apresenta a divisão dos fatores de
avaliação.
Figura 39 Adaptação do modelo de avaliação (SAVI, 2011)
Segundo o modelo de MEEGA, todos os dados são recolhidos por
meio de um questionário padronizado. Foi desenvolvido um questionário para
avaliar a qualidade e a efetividade da oficina. No questionário existem dois
78
tipos de pergunta, um conjunto de perguntas para avaliar a qualidade da
oficina e outro conjunto para avaliar a efetividade da oficina. Sendo que a
efetividade é classificada como o quanto aluno compreendeu, o quanto o
aluno se lembra e se ele é capaz de aplicar na prática. Podemos encontrar o
questionário no Apêndice E ao final do trabalho.
ANALISE DOS RESULTADOS
Para quantificar e analisar melhor os resultados obtidos um primeiro
questionário foi desenvolvido. Este questionário é usado para saber o
conhecimento dos alunos antes da oficina. O questionário pode ser
encontrado no Apêndice E ao final do trabalho.
79
5. CONCLUSÃO
O presente trabalho tem como objetivo central o design instrucional de
uma oficina de pais e filhos (com crianças de 12 aos 14 anos de idade) para
ensinar computação física alinhado a referência de curriculum (CSTA, 2011)
com baixo custo, (aproximadamente R$100). Assim, foi desenvolvida uma
unidade instrucional a fim de introduzir e ensinar a computação ás crianças e
aos pais de maneira concisa e focalizada. Em que as crianças e os pais
pudessem absorver e utilizar todo o conteúdo apresentado.
Para tal, em primeiro lugar, foi desenvolvida a fundamentação teórica.
Esta retrata sobre todos os assuntos abordados, sendo eles computação
física e aprendizagem e ensino. Assim, utilizando o modelo de ADDIE os
objetivos de aprendizagem foram desenvolvidos, após a revisão de todos os
conceitos. Em seguida, uma revisão sistemática foi realizada. Após a
execução desta revisão foi possível verificar carência em materiais para o
ensino de computação física usando o Scratch e o Arduino. Por fim, uma
unidade instrucional envolvendo questões práticas e teóricas foi desenvolvida
sendo que, esta unidade incluía slides e atividades práticas.
Com o presente trabalho foi possível observar que oficinas para o
ensino de computação física usando o Scratch e o Arduino em conjunto são
uma novidade. E que não são tão usadas no ensino de computação física.
Assim, foi possível desenvolver uma nova e diferente oficina para o ensino de
computação física. Logo, este trabalho pode ser usado em pesquisas futuras,
e a oficina desenvolvida durante o trabalho em questão, pode ser utilizada
como norteadora para a aplicação de oficinas na mesma área.
80
Como trata-se de um tema novo, recomendam-se novas pesquisas em
relação ao tema abordado, de forma a aperfeiçoar a oficina desenvolvida. Por
outro lado, existe a possibilidade da evolução da oficina para o ensino de
alunos do ensino médio. Sendo assim, a oficina poderia proporcionar outros
conceitos mais avançados sobre a computação física.
81
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APÊNDICE A: CONJUNTO DE PLANOS (PLANO DE ENSINO E PLANOS DE AULA)
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APÊNDICE B: CONJUNTO DE SLIDES COM O CONTEÚDO TEÓRICO DA UNIDADE INSTRUCIONAL
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APÊNDICE C: TAREFAS PARA CASA
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117
APÊNDICE D: CONJUNTO DE ROTEIROS
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119
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121
122
APÊNDICE E: QUESTIONÁRIOS DE AVALIAÇÃO Questionário 1
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Questionário 2
124
125
APÊNDICE F: LISTA DE MATERIAIS
126
APÊNDICE G: LISTA DOS MATERIAIS PARA A CONTRUÇÃO DA ESTRUTURA FÍSICA, PASSOS E CUSTO FINAL
127
128
APENDICE H: DESIGN INSTRUCIONAL DE UMA OFICINA DE
PAIS E FILHOS PARA ENSINAR COMPUTAÇÃO FÍSICA
Robin Fernandes Andersen De Oliveira
Departamento de Informática e Estatística – Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC)
Resumo. A medida que as sociedades foram evoluindo e sendo afetadas
pela globalização, a computação tornou-se um quesito importante para o
desenvolvimento de tais sociedades. Entretanto o que acontece em muitas
sociedades em desenvolvimento é que a computação ainda é vista como uma
área que deva ser abordada somente no ensino superior. Ou seja, em muitas
sociedades existe uma grande falta de conhecimento da computação. O
conhecimento de computação tem um grande impacto sobre a vida moderna,
tornando-se uma competência básica. Assim é importante não só as
crianças, más também os pais terem um conhecimento sobre a computação.
Nos dias de hoje já existem iniciativas para ensinar computação para
crianças. Muitas destas iniciativas são dadas como disciplinas escolares e
outras na forma de oficinas. Logo o ensino de computação para crianças é
muito importante. Para isso será criada uma unidade instrucional para
fortalecer o ensino de computação na sociedade, ensinando crianças (12-14
anos de idade) junto com os pais. A fim de introduzir e ensinar a
computação às crianças e aos pais, iremos desenvolver uma unidade
instrucional. Esta unidade será feita na forma de oficina por meio da
computação física usando o Scratch e o Arduíno. Usaremos o Scratch e o
Arduíno como uma forma atrativa para ensinar a computação. Juntamente
utilizaremos material reciclado para fazer as estruturas (bonecos, carros,
etc.) deixando a oficina mais cativante. Espera-se que com esta oficina, seja
possível aumentar o conhecimento dos pais e das crianças na área da
computação, e despertar seu interesse por essa área.
1. Indrodução
Atualmente, crianças, jovens e adultos usam computadores e fazem o uso da
tecnologia cada vez mais (SANDOVAL-REYES et al., 2011). A computação
encontra-se em quase tudo. As nossas vidas dependem de vários dispositivos ou
sistemas computorizados, por exemplo, ajudar os médicos a diagnosticar e tratar
problemas de saúde (CSTA, 2011). Ela também tem um papel crítico no
desenvolvimento científico (CSTA, 2011).
Por conseguinte, podemos observar que um dos principais problemas é que
poucas pessoas possuem proficiência e conhecimento em computação (SOARES;
ALVES, 2008). Logo, uma das formas de contornar esse problema, seria inserir o
ensino da mesma já no Ensino Fundamental (FRANÇA; AMARAL, 2013; VALENTE
et al., 1999). Todavia, as escolas deveriam ter a responsabilidade de inseri-la no
ensino (FRANÇA; AMARAL, 2013).
129
Assim, levando em consideração que o ensino de computação deve ser
abordado no Ensino Fundamental, ele deve abordar várias áreas de conhecimento
conforme apresentado na figura 1 (CSTA,2011).
Figura 1 - Aprendizagem de computação. Fonte: CSTA (2011).
De acordo com o conjunto de diretrizes para o ensino de computação K-12
(CSTA, 2011), espera-se que as crianças no ensino fundamental aprendam mais do
que somente o uso das tecnologias de informação. O ensino de computação envolve a
aprendizagem de pensamento computacional, programação, colaboração,
computadores e dispositivos de comunicação e impactos éticos, globais e na
comunidade (CSTA, 2011).
O ensino de computação para crianças é uma prioridade na educação que vem
crescendo nos dias de hoje (VON WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014). O
envolvimento dos pais no ensino de computação em paralelo aos filhos tem um
impacto positivo (VON WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014).
Assim, como estratégia de ensino de computação pode-se utilizar a
computação física por meio do Scratch e do Arduíno.
Define-se computação física como sendo o conjunto de meios para a
construção de sistemas interativos físicos, usando hardware e software (MITROVIC
et al., 2013). Com o surgimento e popularização dos kits educacionais, o
desenvolvimento de hardware e software vem se tornando cada vez mais facilitado.
Nestes kits a integração hardware/software é simples. Em sistemas como o Scratch, os
usuários podem construir seus programas de forma facilitada. Em dispositivos como o
Arduíno, o usuário pode criar pequenos circuitos (COMPUTACAOFISICABR,
2014). O Scratch (SCRATCH, 2014) é definido como uma linguagem de programação
educacional que pode ser usada por qualquer tipo de pessoa. Ao passo que o Arduíno
é uma plataforma eletrônica de código aberto baseado em hardware e software de
fácil utilização, tendo suporte de entrada/saída embutido (ARDUINO, 2014).
130
Neste contexto, o trabalho visa introduzir, fortalecer e atender alguns défices
no ensino de computação para a sociedade em geral. Tais como, a familiarização do
aluno com a computação sendo ele o protagonista. Dar ao aluno uma visão geral, e
desenvolver nos alunos o pensamento computacional, a fim de fortalecer o ensino de
computação na sociedade.
Para atingir o objetivo do trabalho desenvolve-se uma unidade instrucional de
uma oficina de pais e filhos para o ensino de computação. Utiliza-se a seguinte
abordagem de ensino: usa-se a computação física como uma forma cativante de
ensinar a computação, isto usando o Scratch e o Arduíno. Além disto, se utiliza
também material reciclado. Espera-se que após terminar esta oficina tanto as crianças
como os pais percebam a importância da computação. Da mesma forma, espera-se
que eles aprendam novos conceitos, descubram novas tecnologias e que despertem
algum interesse pela área. Assim, o ensino da computação nesta oficina é uma
maneira de fornecer as crianças e aos pais uma visão geral do mundo da computação.
Tornando-os não só em usuários da tecnologia, mas, também possíveis criadores de
tecnologia.
A fim de avaliar a efetividade e qualidade da oficina, são aplicados dois
questionários durante a mesma. Optou-se por aplicar um questionário no início da
oficina e outro no final. Com a finalidade de medir a diferença do conhecimento de
computação antes e depois da realização da oficina.
2. Metodologia
A metodologia de pesquisa utilizada neste trabalho é dividida em quatro grandes
etapas:
Etapa 1 – Análise da literatura referente ao ensino e aprendizagem, e
computação física. Esta primeira etapa será dividida em duas partes:
A1.1 – Análise da teoria de computação física.
A1.2 – Análise da teoria de ensino e de aprendizagem.
Etapa 2 – Revisão sistemática de unidades instrucionais/estratégias de ensino
atualmente sendo utilizadas e voltadas ao ensino de computação física. Nesta etapa
será realizada uma revisão sistemática da literatura seguindo (KITCHENHAM, 1994).
Essa etapa está dividida em três partes:
A2.1 – Definição da revisão sistemática.
A2.2 – Execução da busca.
A2.3 – Extração e análise da informação.
Etapa 3: Desenvolvimento da unidade instrucional para o ensino de
computação física seguindo uma metodologia de design instrucional, conhecida como
ADDIE (MOLENDA, 2003). Esta etapa está dividida em quatro partes (sendo
completada pela Etapa 4: Avaliação):
A3.1 – Análise do contexto da unidade instrucional e definição do objetivo de
aprendizagem.
A3.2 – Desenho (ou Design) da unidade instrucional.
A3.3 – Desenvolvimento da unidade instrucional.
A3.4 – Implementação da unidade instrucional.
Etapa 4: Aplicação e avaliação da unidade instrucional desenvolvida. Nesta
etapa a melhoria desenvolvida deverá ser colocada em prática através de uma série de
estudos de casos aplicando a unidade instrucional nas oficinas para ensinar
computação física. Essa etapa está dividida em cinco atividades:
A4.1 – Solicitação de aprovação da CEPSH.
A4.2 – Definição do estudo.
A4.3 – Planejamento do estudo.
131
A4.4 – Execução do estudo.
A4.5 – Análise dos dados coletados.
3. Fundamentação teórica
3.1 Computação física
Computação física é uma área que estuda e concebe sistemas digitais, incluindo
computadores, ligados a sensores e atuadores, que permitem construir sistemas
autónomos. Ou seja, é a interação entre o homem e a máquina através de dispositivos
que permitem a captação e manipulação de dados referentes a objetos e espaços reais
por meio de sistemas mecânicos e/ou eletrônicos (CAMARATA, et al., 2003).
A computação física nos permite criar as mais diversas aplicações, desde
aplicações de arte, servidores de arquivos próprio até automação residencial. Tudo
dependerá mais da nossa criatividade do que as limitações técnicas. A computação
física permite que todo mundo seja criador de tecnologia (LEMOS, 2014).
Hoje, muitos projetos práticos podem ser construídos com o uso de micro
controladores. Tais projetos podem usar plataformas de software para controlá-los
(MITROVIC et al., 2013).
3.1.1 Hardware
Um micro controlador é um computador. Podendo ter este computador, um
processador, memória e alguns periféricos de entrada e saída, sendo eles
programados. Estes computadores podem ainda ser colocados num chip (HEATH,
2003, p.11 apud NABEYAMA, 2013).
Um computador é um dispositivo eletrônico que manipula informações ou
dados. Ele tem a capacidade de armazenamento, recuperação e processamento de
dados (GCFLEARNFREE, 2014).
Na época atual, micro controladores tais como o Arduíno, Raspberry PI estão
disponíveis para usuários comuns a um preço favorável. Com isto, é possível construir
sistemas práticos e simples usando tais micro controladores, (MITROVIC et al.,
2013).
O Arduíno é um micro controlador baseado no micro controlador AVR e
define-se como sendo uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e
de placa única, tendo suporte de entrada/saída embutido (BANZI, 2012). O seu
ambiente de programação consiste numa IDE (Integrated Development Environment)
e a sua linguagem é baseada no C/C++ (KATO, 2010). O Arduíno pode ser usado para
conecta-lo a um computador hospedeiro ou como ferramenta para o desenvolvimento
de objetos interativos (BANZI, 2012). Objetos interativos são objetos que se podem
comunicar com os humanos utilizando sensores e atuadores (BANZI, 2012). Hoje,
existem diversas placas Arduíno cada uma delas com as suas respetivas
características. As principais diferenças encontram-se no tamanho de cada placa,
modo de uso, processador, velocidade da CPU (ARDUINO, 2014).
3.1.2 Software
O ambiente de desenvolvimento Arduíno apresenta uma IDE simples permitindo ao
usuário criar diversos programas (KATO, 2010). Assim, um ambiente de
desenvolvimento integrado ou comumente chamado de IDE é um programa de
computador normalmente usado para aumentar o grau de produtividade para o
desenvolvimento de software (JARVENSIVU et al., 2006).
132
Portanto, para se desenvolver algo no ambiente Arduíno, pode-se usar o editor
de texto do ambiente de desenvolvimento (ARDUINO, 2014). Os programas
desenvolvidos usando este ambiente chamam-se sketches, sendo estes programas
implementados usando a linguagem C/C++ (ARDUINO, 2014; KATO, 2010). A IDE
do Arduino além de, permitir a codificação e compilação da linguagem, permite
também fazer o uploud dos sketches na placa Arduino.
Por conseguinte, a programação ainda é um campo um tanto difícil. Hoje,
crianças, jovens e adultos gostariam de poder expressar as suas ideias em alguma
linguagem fácil de aprender, mesmo não se vendo como programadores
(SANDOVAL-REYES et al., 2011).
Para atingir estes objetivos foram criadas algumas linguagens de programação
visual, dentre estas Scratch, Alice e Greenfoot (SANDOVAL-REYES et al., 2011).
Linguagem de programação visual parte do princípio de que imagens são mais
fáceis de entender do que código (SHU, 1988). Logo, a descrição de um programa é
dada por meio de elementos visuais ou outros recursos gráficos que tendem tornar a
programação um tanto mais fácil (SHU, 1988). Estas linguagens procuram oferecer
um meio para ensinar crianças a programar de forma fácil e intuitiva (DZHENZHER,
2014).
Permitem ainda que os alunos desenvolvam conhecimentos bastante
complexos, dentre eles, programação orientada a objetos e desenvolvimento do
pensamento computacional. Esta linguagem visual possibilita também a compreensão
da linguagem escrita e o bom estilo de programação (DZHENZHER, 2014).
O Scratch é uma linguagem de programação visual educacional, que pode ser
usada por qualquer tipo de pessoa. O Scratch foi projetado especialmente para idades
entre 8 e 16 anos, mas é usado por pessoas de qualquer experiência, idade e formação
(SCRATCH, 2014). O Scratch permite que estas pessoas aprendam os conceitos de
programação de computadores, isto, usando a programação visual para controlar jogos
e animações interativas (SCRATCH, 2014).
O Scratch primeiramente foi projetado para o aprendizado das crianças, por
isso ela é uma linguagem orientada para a criação de jogos, e foi motivado pelas
necessidades e interesses das crianças (DZHENZHER, 2014).
No Scratch o IDE é a linguagem de programação (SANDOVAL-REYES et al.,
2011). A programação no Scratch é feita pela junção de blocos de comando. Estes
comandos representam declarações, expressões e estruturas de controle (MALONEY
et al., 2010). Tais blocos controlam objetos gráficos em 2D chamados de atores,
movendo-os em um fundo o qual podemos chamar de cenário (MALONEY et al.,
2010). A figura 2 apresenta a interface do Scratch.
Figura 2 Interface da área de criação do Scratch online (Fonte: SCRATCH,2014)
133
O Scratch hoje é usado em mais de 150 países e está disponível em mais de 40
idiomas (SCRATCH, 2014).
No momento atual existem duas maneiras de poder usar o Scratch. Uma delas
é fazer o uso dele na versão online no browser. Funciona no Google Chrome, Firefox
Safari e Internet Explore (SCRATCH, 2014). A outra é instalar a sua versão off-line.
É possível instalar o Scratch na versão off-line no Windows, Mac OS x, Mac OS 10.5
ou abaixo, e no Linux sendo na versão 12 para cima de 32 ou 64 bits (SCRATCH,
2014). Nesse momento o Scratch só está disponível como um aplicativo de desktop,
laptops e tablets não sendo possível usá-lo como um aplicativo de smartphones
(SCRATCH, 2014). A principal causa de ele não funcionar nos smartphones é o
HTML5 (SCRATCH, 2014). Entretanto um aplicativo para smartphones está sendo
desenvolvido (SCRATCH,2014).
É possível estabelecer uma comunicação entre o Arduino e o Scratch. No
quadro 1, se pode observar implementações de interfaces Scratch/Arduino e versões
do Scratch que fornecem comunicação com o Arduino.
Quadro 1- Implementações que possibilitam a comunicação Scratch Arduino
Nome Sistema Operacional Forma de
comunicação
Versão do Scratch Plataforma
S4A Funciona somente no
Windows
Embutido no
Scratch
(Modificação no
Scratch permitindo
a criação de novos
blocos para gestão
de sensores e
atuadores).
Scratch versão 1.0 Somente Arduino
BYob Funciona somente no
Windows
Embutido no
Scratch
Scratch versão 1.0,
permite também
construir novos
tipos de blocos.
Somente Arduino
ScratchGPIO Raspbian Embutido no
Scratch
Scratch versão 1.0 Somente Raspberry
PI
S2a_fm Multiplataforma Servidor de
comunicação
externo (linguagem
de programação
python)
Scratch versão 2.0 e
SNAP
Somente Arduino
Xi Multiplataforma Servidor de
comunicação
externo (linguagem
de programação
python)
Scratch versão 2.0 e
SNAP
Arduino, Raspberry,
BeagleBone
3.1.3 Estrutura física
Além do hardware e software, a estrutura física faz parte da computação física, como
por exemplo o carro, o helicóptero, entre outros. Esta estrutura física é necessária para
o desenvolvimento de moldes e estruturas. Podemos criar vários projetos ou estruturas
físicas usando materiais reciclados, como papelão, meias, garrafas pet, etc., materiais
de construção como por exemplo, canos. Outra alternativa para a criação de estruturas
físicas é o uso de brinquedos como o material Atto (JFWDUAL, 2014), e o Lego
(LEGO, 2014).
134
3.2 Aprendizadem e ensino de computaçãoo para crianças
3.2.1 Aprendizagem e ensino
A aprendizagem é o resultado obtido a partir de um estudo, experiência, observação,
raciocínio e o processo pelo qual competências são adquiridas ou modificadas
(LEFRANÇOIS, 2008, p. 6).
O ensino por sua vez pode ser definido como uma forma organizada de
transmitir competências, de forma planejada e por diversos métodos (LINO, 2007
apud CAMARGO, 2013, SANTOS, 2001). Ele faz-se usando unidades instrucionais.
Uma unidade instrucional é uma aula, um jogo, uma disciplina, um evento de
aprendizado (GONÇALVES, 1993). Logo, uma unidade instrucional pode ter diversas
extensões podendo ser inserida no contexto escolar, ou sendo oficinas, cursos extras e
ou minicursos.
Um workshop ou oficina é um programa educacional. Tem como objetivo
ensinar ou introduzir algo novo sobre algum tema específico de maneira prática. O
workshop é normalmente de curta duração e no mesmo o público alvo participa muito
(CTB, 2014).
O desenvolvimento e aplicação destas unidades instrucionais é abordado pelo
design instrucional (GONÇALVES, 1993).
O design instrucional é um processo para definir, desenvolver, avaliar, aplicar
e racionar sobre a eficácia da aprendizagem num determinado contexto (KUMAR et
al., 2009). É um processo que permite decidir quais unidades instrucionais são
melhores para garantir a aprendizagem nos alunos (REIGELUTH, 1983 apud UDEN,
ALDERSON, 2000).
Existem diversos modelos de design instrucional (MOLENDA, 2003). Um
modelo de design instrucional é o ADDIE (MOLENDA, 2003) conforme apresentado
na figura 3.
Figura 3 Modelo de ADDIE, (Fonte: MOLENDA, 2003).
3.2.2 Ensino de computação
A aprendizagem de computação envolve vários domínios.
135
Pensamento computacional. O pensamento computacional é uma solução que
é usada para a resolução de problemas, de tal forma que podemos implementar num
computador, fazendo o uso de um conjunto de conceitos. Dentre eles a abstração,
recursão, iteração, processamento, análise de dados e criação de artefatos reais e
virtuais. Estudar o pensamento computacional nos permite ainda a melhor entender e
analisar muitos problemas complexos fazendo o uso da seleção e aplicação das
estratégias e ferramentas apropriadas.
Colaboração. Sendo a computação uma disciplina normalmente colaborativa,
o progresso normalmente é obtido quanto trabalha-se em conjunto. Os projetos em
computação envolvem grandes equipes que trabalham em conjunto. Logo é muito
importante aprender a trabalhar em equipe, comunicar-se de forma eficaz e criticar
construtivamente.
Programação. A programação é uma parte muito essencial da computação,
pois permite desenvolver a capacidade de criar programas de software. Os alunos
devem ser capazes de projetar, desenvolver e publicar produtos, utilizando recursos
tecnológicos. Deve ainda compreender algoritmos e a sua aplicação na prática.
Computadores e dispositivos de Comunicação. É muito importante
compreender todos os elementos de um computador e dispositivos de comunicação.
Deve-se ter também um entendimento de como a internet nos dias de hoje facilita a
comunicação global.
Impactos éticos, globais e na comunidade. O aluno deve ter princípios de
privacidade, segurança na rede, licenças de software e direitos autorais. Tudo isso
deve ser ensinado para que os alunos se tornem cidadãos responsáveis na sociedade
moderna. Eles devem ser capazes de avaliar a confiabilidade e precisão das
informações retiradas da internet. Os alunos também devem entender e avaliar os
impactos positivos e negativos dos computadores nas sociedades.
A partir desta definição e definindo as diretrizes do currículo para o ensino de
computação K-12 (CSTA, 2011) espera- se que o aluno na oficina de pais e filhos
consiga aprender muito mais do que simplesmente o uso da tecnologia da informação
(automatização de escritório). Espera-se que o aluno consiga desenvolver o
pensamento computacional, como uma abordagem para resolver problemas, em uma
forma que pode ser implementada por um computador, envolvendo um conjunto de
conceitos como a iteração, abstração, recursão. Além de aprender a prática de
computação, explorando também o uso da programação para resolver problemas e o
uso das ferramentas de software adequadas para resolver problemas algorítmicos e
computacionais (CSTA, 2011; NUNES, 2008; VON WANGENHEIM; VON
WANGENHEIM, 2014).
Seguindo o CSTA (2011), o ensino de computação do infantil ao ensino médio
é baseado em um modelo de três níveis, podemos observar na figura 4. O primeiro
nível fornece os padrões de aprendizagem para os estudantes do infantil até ao sexto
ano. O segundo nível fornece os padrões de aprendizagem para os estudantes do sexto
até o nono, e o terceiro nível para os alunos do ensino médio.
136
Figura 4 Níveis de para o ensino de computação (Fonte: CSTA, 2011).
O foco neste trabalho é no ensino de computação para crianças dos 12-14 anos
de idade, é usado o nível 2 das diretrizes CSTA para o ensino de computação (CSTA,
2011). No nível 2, os alunos devem começar a usar o pensamento computacional para
resolverem os seus problemas. Nesse nível eles começam a compreender o quanto a
computação facilita a comunicação e a colaboração. Os alunos neste nível devem
tentar usar o pensamento computacional para abordar questões relevantes. As
experiências de aprendizagem que foram criadas devem ser relevantes para os alunos,
devendo ver-se a si mesmos como solucionadores de problemas. Eles devem ser
projetados com foco na aprendizagem e exploração ativa (CSTA, 2011). O quadro 2
apresenta os objetivos de aprendizagem nível 2 (CSTA, 2011):
Quadro 2- Objetivos de aprendizagem (Fonte: CSTA, 2011).
Objetivos
Pensamento
computacional
[PC1] usar os passos básicos de algoritmos para a resolução de problemas ao projetar
soluções.
[PC2] Descrever o processo de paralelização na forma que se refere à resolução de
problemas.
[PC3] Definir um algoritmo, como sendo uma sequência de instruções que podem ser
processadas por um computador.
[PC4] Avaliar formas em que algoritmos diferentes podem ser utilizados para resolver o
mesmo problema.
[PC5] Dramatizar algoritmos de busca e ordenação.
[PC6] Descrever e analisar uma sequência de instruções a ser seguida.
[PC7] Representar dados em maneiras diferentes, incluindo texto, sons, imagens e
números.
[PC8] Usar representações visuais de estados de problemas, estruturas, e dados.
[PC9] Interagir com modelos específicos de conteúdo e simulações para apoiar a
aprendizagem e pesquisa.
[PC10] Avaliar que tipos de problemas podem ser resolvidos usando modelagem e
simulação.
[PC11] Analisar o grau em que um modelo de computador representa, com precisão, o
mundo real.
[PC12] Fazer uso da abstração para decompor um problema em subproblemas.
[PC13] Compreender a noção de hierarquia e abstração em computação, incluindo
linguagens de alto-nível, tradução, conjunto de instruções, e circuitos lógicos.
[PC14] Examinar conexões entre elementos da matemática e ciência da computação,
incluindo números binários, lógica, conjuntos e funções.
[PC15] Fornecer exemplos de aplicações interdisciplinares do pensamento
137
computacional.
Colaboração [C1] Aplicar ferramentas e periféricos de produtividade/multimídia para colaboração em
grupo e para apoiar a aprendizagem ao longo do currículo.
[C2] Colaborativamente criar, desenvolver, publicar e apresentar produtos, utilizando
recursos tecnológicos que demonstram e comunicam conceitos do currículo.
[C3] Colaborar com colegas, especialistas e outros utilizando práticas colaborativas
como programação em pares, trabalho em equipes de projeto, e participação em
atividades de aprendizagem ativa em grupo.
[C4] Exibir disposições necessárias para colaboração: fornecer feedback útil e
integrante, compreender e aceitar múltiplas perspectivas, socialização.
Programação [P1] Selecionar ferramentas e recursos tecnológicos apropriados para realizar tarefas
variadas e resolver problemas.
[P2] Usar uma variedade de ferramentas e periféricos de multimídia para apoiar a
produtividade e aprendizagem pessoal durante todo o currículo.
[P3] Conceber, desenvolver, publicar e apresentar produtos usando recursos de
tecnologia que demonstram e comunicam os conceitos do currículo.
[P4] Demonstrar uma compreensão de algoritmos e a sua aplicação prática.
[P5] Implementar soluções de problema utilizando uma linguagem de programação,
incluindo: o comportamento de laços, instruções condicionais, lógica, expressões,
variáveis e funções.
[P6] Demonstrar boas práticas na segurança da informação pessoal, usando senhas,
encriptação e transações seguras.
[P7] Identificar carreiras interdisciplinares que são abrangidas pela 9 ciência da
computação.
[P8] Demonstrar receptiva disposição para resolver e programar problemas
indeterminados (p.ex. conforto com complexidade, persistência, brainstorming,
adaptabilidade, paciência, tendência a mexer, criatividade, aceitação de mudanças).
[P9] Coletar e analisar dados que correspondem à saída de múltiplas execuções de um
programa de computador.
Computadores e
dispositivos de
comunicação
[CDC1] Reconhecer que os computadores são equipamentos que executam programas.
[CDC2] Identificar uma variedade de dispositivos eletrônicos que contêm processadores
computacionais.
[CDC3] Demonstrar compreensão sobre a relação entre hardware e software.
[CDC4] Usar terminologia adequada ao desenvolvimento e, precisa na comunicação
sobre tecnologia.
[CDC5] Aplicar estratégias para identificar e resolver problemas de rotina de hardware
que ocorrem no uso de computador diariamente.
[CDC6] Descrever os principais componentes e funções de sistemas de computadores e
redes.
[CDC7] Descrever o que distingue os seres humanos de máquinas, dando um enfoque na
inteligência humana contra a inteligência de máquina e, formas que podemos nos
comunicar.
[CDC8] Descrever maneiras em que os computadores usam modelos de comportamento
inteligente (p.ex. movimento de robô, fala e compreensão da linguagem e, visão
computacional).
Impactos éticos,
globais e na
comunidade.
[IEGC1] Apresentar comportamentos legais e éticos no uso de informação e tecnologia
e, discutir as consequências do uso indevido.
[IEGC2] Demonstrar conhecimento das mudanças nas tecnologias de informação ao
longo do tempo e os efeitos destas mudanças na educação, no local de trabalho e na
sociedade.
[IEGC3] Analisar os impactos positivos e negativos da computação na cultura humana.
[IEGC4] Avaliar a precisão, relevância, adequação, abrangência, e viés de fontes de
informação eletrônicas referentes a problemas do mundo real.
[IEGC5] Avaliar a precisão, relevância, adequação, abrangência, e viés de fontes de
informação eletrônicas referentes a problemas do mundo real.
[IEGC6] Discutir como a distribuição desigual de recursos de computação em uma
economia global levanta questões de equidade, acesso e poder.
Portanto, por meio de uma oficina faz-se o ensino da computação física. A
vantagem desta oficina como estratégia instrucional para ensinar a computação, é a
capacidade que a mesma tem de manter a atenção dos alunos de forma atrativa e
divertida, utilizando o Scratch e o Arduino (LEMOS, 2014; VON WANGENHEIM;
VON WANGENHEIM, 2014). Assim, o aluno para além de compreender, ele
também fixa melhor todo o conteúdo apresentado. Espera-se que ao aplicar esta
138
oficina como estratégia instrucional, as crianças fiquem motivadas e interessadas por
essa área.
4 Estado da arte
4.1 Definição
A pergunta de pesquisa desta revisão sistemática é:
Quais unidades instrucionais para ensinar computação para crianças
dos 12-14 anos de idade em oficinas de pais e filhos existem.
Quais materiais eles fornecem?
As ferramentas de busca utilizadas foram o Google (google.com.br) e o
ScratchEd (scratched.gse.harvard.edu). Utilizou-se o Google por ainda não terem
muitas publicações acadêmicas disponíveis, mas várias publicações nos próprios web
sites de diversas iniciativas desta área. Utilizou-se o ScratchEd porque é uma
comunidade online aonde os educadores que usam Scratch podem publicar,
compartilhar suas ideias e projetos. Foram analisados os 100 primeiros resultados por
ordem de significância das strings de busca. São considerados artigos ou publicações
divulgadas em inglês e português nos períodos de 2003 até 2014, pois o Scratch só foi
desenvolvido em 2003.
Critérios de inclusão e exclusão:
Serão desconsiderados artigos ou publicações que:
Tratam de unidades instrucionais para ensinar computação para
crianças abaixo dos 12 anos de idade.
Tratam de unidades instrucionais em que os pais não participam junto.
Tratam de oficinas sem o Scratch juntamente com o Arduino.
Tratam de oficinas sem uma breve explicação ou sem detalhes.
O quadro 3 apresenta todas as palavras que são combinadas formando os
termos de busca.
Quadro 3- Palavras para os termos de busca
Termo Sinônimo Tradução
Workshop Oficina
Family Parents and children’s Família, pais e filhos
Physical computing Robotics Computação física, robótica
Scratch
Arduino
Learn Teach Aprender, ensinar
No quadro 4 são apresentadas todas strings de busca em inglês utilizados em
seus respectivos repositórios. E no quadro 5 são apresentadas todas strings de busca
traduzidos para o português.
Quadro 4- Strings de busca da Revisão sistemática da literatura.
Repositório Strings de Busca
Google 15. Parents and children workshops to learn physical computing.
16. Parents and children workshops to learn Robotics.
17. Teaching physical computing in Parents and children’s workshops.
18. Teaching robotics in Parents and children’s workshops.
19. Teaching physical computing in family workshops.
20. Teaching robotics in family workshops.
139
21. Workshop for parents and children to learn physical computing with Scratch and
Arduino.
22. Workshop for family to learn physical computing with Scratch and Arduino.
23. Teaching physical computing in family workshops with Scratch and Arduíno.
24. Teaching physical computing in parents and children workshops with scratch and
Arduino.
25. Parents and children workshops to learn physical computing with Scratch and
Arduino.
26. Family workshops to learn physical computing with Scratch and Arduino.
27. Robotics for Kids with Scratch.
28. Family computing workshops.
ScratchEd 15. Parents and children workshops to learn physical computing.
16. Parents and children workshops to learn Robotics.
17. Teaching physical computing in Parents and children’s workshops.
18. Teaching robotics in Parents and children’s workshops.
19. Teaching physical computing in family workshops.
20. Teaching robotics in family workshops.
21. Workshop for parents and children to learn physical computing with Scratch and
Arduino.
22. Workshop for family to learn physical computing with Scratch and Arduino.
23. Teaching physical computing in family workshops with Scratch and Arduíno.
24. Teaching physical computing in parents and children workshops with Scratch and
Arduíno.
25. Parents and children workshops to learn physical computing with Scratch and
Arduino.
26. Family workshops to learn physical computing with Scratch and Arduino.
27. Robotics for Kids with Scratch.
28. Family computing workshops.
Quadro 5- Strings de busca da Revisão sistemática da literatura
Repositório Strings de Busca
Google 15. Oficina de pais e filhos para aprender computação física.
16. Oficina de pais e filhos para aprender robótica.
17. Ensino de computação física em oficinas de pais e filhos.
18. Ensino de robótica em oficinas de pais e filhos.
19. Pais e filhos em oficinas para aprender robótica.
20. Ensino de computação física em oficinas familiares.
21. Oficina para pais e filhos para aprender computação física com o Scratch e
Arduino.
22. Oficina para famílias para aprender computação física com o Scratch e
Arduino.
23. Ensino de computação física com o Scratch e Arduino em oficinas familiares.
24. Ensino de computação física com o Scratch e Arduino em oficinas para pais e
filhos.
25. Oficina de pais e filhos para aprender computação física com o Scratch e
Arduino.
26. Oficina familiar para aprender computação física com o Scratch e Arduino.
27. Robótica para crianças usando o Scratch.
28. Oficina de computação para familiares.
ScratchEd 5 Oficina de pais e filhos para aprender computação física.
6 Oficina de pais e filhos para aprender robótica.
7 Ensino de computação física em oficinas de pais e filhos.
8 Ensino de robótica em oficinas de pais e filhos.
9 Pais e filhos em oficinas para aprender robótica.
10 Ensino de computação física em oficinas familiares.
11 Oficina para pais e filhos para aprender computação física com o Scratch e
Arduino.
12 Oficina para famílias para aprender computação física com o Scratch e Arduino.
13 Ensino de computação física com o Scratch e Arduino em oficinas familiares.
14 Ensino de computação física com o Scratch e Arduino em oficinas para pais e
140
filhos.
15 Oficina de pais e filhos para aprender computação física com o Scratch e Arduino.
16 Oficina familiar para aprender computação física com o Scratch e Arduino.
17 Robótica para crianças usando o Scratch.
18 Oficina de computação para familiares.
4.2 Execução
A busca foi realizada em novembro de 2014. A quadro 6 apresenta todos resultados
mediante a cada um dos termos de busca utilizados.
Quadro 6- Resultado das buscas em cada um dos repositórios e com cada termo
Base
Buscas Número total dos resultados das
buscas usando os termos em
inglês
Número total dos resultados das
buscas usando os termos em
português
Busca 1 4310000 19
Busca 2 1630000 16
Busca 3 238000 166000
Busca 4 218000 28100
Busca 5 2170000 55700
Busca 6 1760000 188000
Busca 7 3070 16
Busca 8 4870 13
Busca 9 1620 2160
Busca 10 1990 1640
Busca 11 6220 51
Busca 12 3820 968
Busca 13 98400 4740
Busca 14 3720000 169000
Base ScratchEd Busca 1 0 0
Busca 2 1 0
Busca 3 0 0
Busca 4 1 0
Busca 5 1 0
Busca 6 3 0
Busca 7 0 0
Busca 8 3 0
Busca 9 3 0
Busca 10 0 0
Busca 11 0 0
Busca 12 3 0
Busca 13 2 0
Busca 14 5 0
Após realizarem-se todas as buscas com os diferentes termos, em português e
em inglês, obteve-se um total de 14782413 resultados no Google. Sendo que muitos
dos resultados obtidos eram iguais para diferentes termos de busca. Levando em
consideração os critérios de inclusão e exclusão nenhum dos 14782413 resultados
encontrados no Google foi considerado relevante. Dos 14782413 resultados somente
15 resultados contêm referências de oficinas para ensinar computação física, porém
não atendem a todos critérios de inclusão. No ScratchEd obteve-se um total de 22
resultados, sendo que muitos dos resultados obtidos eram iguais para os diferentes
termos de busca usados. Após realizarem-se as buscas foram encontradas publicações
referentes a 4 oficinas para o ensino de computação física. Estas 4 oficinas não
atendiam todos os critérios de inclusão, mas devido a carência de artigos ou
publicações sobre esse tema decidiu-se usar tais oficinas como base.
141
4.3 Extração da informação e análise dos resultados
Nos quadros 7-10 são apresentadas as principais informações em relação a cada uma destas oficinas.
Quadro 7- Informações sobre a oficina Teaching Game Programming in Family
Oficina Teaching Game
Programming in Family
Workshops.
Tema Programação de um jogo utilizando o Scratch.
Descrição Na oficina os participantes desenvolvem um jogo usando o Scratch.
O jogo trata-se de um tubarão que come tantos peixes quanto
possível. Os movimentos do tubarão são feitos usando o mouse. Esta
programação envolve conceitos básicos do uso de comandos
condicionais,
uso de loops, uso de operadores para a geração de números
aleatórios.
Duração 3 horas.
Linguagem utilizada Scratch.
Público alvo Crianças acompanhadas dos pais, ou outro membro da família.
Idade das crianças Dos 6 aos 14 anos de idade.
Objetivos de aprendizagem Lembrar de como usar e aplicar o Scratch, entender a importância da
computação, aplicar o que foi aprendido para o desenvolvimento do
jogo ou de jogos futuramente. Lembrar dos conceitos de
programação, seu uso e aplicação.
Vagas 30.
Número de ministrantes da oficina 1 instrutor com dois assistentes.
Materiais (Software) Scratch.
Matérias (Adicionais) Cartas de instrução e gibi.
Custo da oficina Não informado.
Referência (VON WANGENHEIM; VON WANGENHEIM, 2014).
Quadro 8- Informações sobre a oficina Makey Makey e Scratch para educadores, pais e crianças
Oficina
Oficina de Makey Makey e Scratch para educadores, pais e crianças.
Tema Desenvolvimento de estruturas, usado o Makey Makey e o Scratch
para controlar as estruturas
Descrição Nas 2 primeiras horas da oficina são ensinados conceitos sobre o
Scratch e as outras duas para usar o Makey Makey. Nesta oficina
Duração 4 horas.
Linguagem utilizada Scratch.
Público alvo Educadores, crianças, pais e demais interessados.
Idade das crianças A partir dos 9 anos de idade.
Objetivos de aprendizagem Lembrar de como usar e aplicar o Scratch, o Makey Makey. Entender
a importância da computação, aplicar o que foi aprendido circuitos
eletrônicos. Lembrar de conceitos básicos de programação, como
usar e aplicar.
Vagas 30.
Número de ministrantes da oficina 4.
Materiais (Software) Scratch.
Materiais (Hardware) Makey Makey
Custo da oficina R$449.
Referência (INSTITUTOPARAMITAS, 2014).
Quadro 9- Informações sobre a oficina ANIMALUDICS – animatronics para pais e filhos
Oficina ANIMALUDICS – animatronics para pais e filhos.
Tema Uso de eletrônica e de robótica em bonecos mecanizados para que
pareçam ter vida.
142
Descrição Na oficina os participantes são envolvidos em um ambiente de criação
de histórias para desenvolver habilidades de construção e resolução de
problemas lógicos usando linguagem de programação e eletrônica. A
oficina consiste no uso de eletrônica e de robótica em bonecos
mecanizados para que pareçam ter vida.
Duração Não informada.
Linguagem utilizada Scratch.
Público alvo Pais e filhos.
Idade das crianças Dos 6 aos 16 anos de idade.
Objetivos de aprendizagem Lembrar de como usar e aplicar o Scratch, o Arduíno. Entender a
importância da computação, aplicar o que foi aprendido para o
desenvolvimento de moldes e estruturas, construção de circuitos
eletrônicos. Lembrar de conceitos básicos de programação, como usar
e aplicar.
Vagas Não é informado.
Número de ministrantes da oficina Não é informado.
Materiais (Software) Scratch,
Materiais (Hardware) Arduino uno.
Materiais (Estrutura física) Fibra de silicone, tecidos, feltro, malha de arame, agulha e linha de
costura, botões e tesoura.
Custo da oficina R$123,97.
Referência (DISCOMBOBULATE, 2011).
Quadro 10- Informações sobre a oficina Family Creative Learning
Oficina
Family Creative Learning.
Tema Desenvolvimento de projetos usando o Scratch e o Makey Makey
Descrição Na oficina as famílias usam o Scratch e o Makey Makey para
desenvolverem os seus projetos. Cada oficina é dividida em 4 partes,
comer, conhecer, fazer e partilhar.
Duração 5 oficinas com duração de 2 horas cada.
Linguagem utilizada Scratch.
Público alvo Pais e filhos
Idade das crianças Dos 7 aos 12 anos de idade
Objetivos de aprendizagem Lembrar de como usar e aplicar o Scratch e o Makey Makey.
Entender a importância da computação, aplicar o que foi aprendido
para o desenvolvimento de moldes e estruturas. Lembrar de
conceitos básicos de programação, como usar e aplicar. Entender a
importância do trabalho em grupo.
Vagas 30.
Número de ministrantes da oficina 1 para 3 ou 4 famílias.
Materiais (Software) Scratch,
Materiais (Hardware) Makey Makey e um projetor,
Matérias (Estrutura física) Cartolina ou papel de embrulho, marcadores e lápis de cor, materiais
condutores e não condutores, toalha de mesa, folha de alumínio.
Custo da oficina Não é informado.
Referência (FAMILY, 2014).
4.4 Ameaças a validade
Este capítulo tem como objetivo central aclarar as ameaças à validade dos resultados.
Entende-se que durante o desenvolvimento de alguma pesquisa científica certos
fatores podem invalidar esta pesquisa. Portanto, tendo como objetivo a realização de
uma revisão sistemática da literatura criteriosa segue-se o método de revisão definido
por Kitchenham (2004).
Após realizada a análise da literatura, aplicando os critérios de inclusão e
exclusão foi possível observar que não há oficinas para o ensino de computação física
para pais e filhos diante dos critérios que foram estabelecidos. Assim sendo, devido a
143
carência de artigos, os critérios de inclusão e exclusão foram aliviados, o que poderia
influenciar a falsas conclusões da revisão da literatura.
Podemos considerar outra ameaça à validade o uso do Google como
ferramenta de busca. Utilizou-se o Google por ainda não terem muitas publicações
acadêmicas disponíveis, mas várias publicações nos próprios web sites de diversas
iniciativas desta área.
5 Oficina de computação física com material reciclado
Este capítulo tem como objetivo apresentar a unidade instrucional a ser desenvolvida
como parte do presente trabalho. Neste capítulo são apresentados os aspectos mais
importantes da concepção da oficina.
5.2 Design instrucional da oficina
Esta seção é responsável pela aplicação do modelo de ADDIE para o desenvolvimento
da unidade instrucional.
5.2.1 Análise
Nesta secção é definido o que será abordado, o contexto e as características do
público alvo.
O público alvo desta oficina são alunos do ensino fundamental 2
acompanhados de seus pais, ou qualquer membro da família que seja adulto. A faixa
etária dos alunos é dos 12 aos 14 anos. Assume-se que o público já possui algum
conhecimento básico de como trabalhar com um computador (ligar, desligar, guardar
documentos, navegar na web, etc.).
Contexto: A oficina desenvolvida é projetada para o ensino de computação
física. Logo pode ser aplicada em qualquer escola que possua em sua infraestrutura
um laboratório que disponha de computadores. Com base na infraestrutura da
Universidade Federal De Santa Catarina, os laboratórios disponíveis para a aplicação
da oficina possuem em média 16 computadores. Caso a oficina for aplicada em uma
escola, necessita-se fazer o levantamento do número de computadores que esta escola
pode disponibilizar para realizar esta oficina. Assim, cada computador é para um par,
criança e acompanhante. A oficina tem uma duração de 8 horas, sendo ela dividida em
4 aulas de 2 horas cada.
Os objetivos de aprendizagem desejados são:
Os participantes após terminarem a oficina deverão lembrar o que é a
computação, sua importância e os seus impactos na sociedade.
Os participantes após terminarem a oficina deverão lembrar o que é o
Scratch, como ele pode ser usado e aplicado.
Os participantes após terminarem a oficina deverão lembrar o que é o
Arduino e como ele pode ser usado.
Entender a importância da computação física.
Entender a importância do trabalho em equipe.
Os participantes após terminarem a oficina deverão lembrar dos
conceitos básicos de programação apresentados e como aplica-los.
5.2.2 Design
Nesta secção é definido o conteúdo, a forma em que esse conteúdo é apresentado e a
definição da estratégia instrucional.
144
Os conteúdos abordados tendo em vista os objetivos de aprendizagem são:
Computação, breve introdução, seu uso e impactos na sociedade.
Computação física, apresentar os conceitos básicos relacionados a
computação física, o que é, qual a sua importância, impacto e seu uso.
Arduino, introdução concisa, o que é, como funciona, como usar.
Conceitos básicos de programação, como loops, comandos
condicionais.
Scratch, introdução sucinta, definição, funcionamento e uso.
Comunicação Scratch com o Arduíno, apresentação breve e superficial.
Robô.
Foram desenvolvidos 4 planos sendo eles: plano de ensino, plano de aula 1,
plano de aula 2, plano de aula 3 e plano de aula 4. O plano de ensino apresenta os
objetivos de aprendizagem pretendidos e a sequência dos conteúdos. Os planos de
aula apresentam os objetivos de aprendizagem da aula corrente e o conteúdo abordado
nesta mesma aula. As figuras 5-9 ilustram um extrato de cada um dos planos.
Figura 5 Plano de ensino (extrato do plano de ensino)
145
Figura 6 Plano da aula 1 (extrato)
146
Figura 7 Plano da aula 2 (extrato)
147
Figura 8 Plano da aula 3 (extrato)
148
Figura 9 Plano da aula 4 (extrato)
O conteúdo é abordado seguindo a seguinte sequência:
e) Principais aspectos da computação
f) Conceitos sucintos de computação física, Arduino e programação.
g) Explicação concisa do Scratch e comunicação Scratch/ Arduino.
h) Montagem e programação do robô
As duas estratégias instrucionais adotadas na unidade instrucional são:
aprendizagem experimental e instrução direta.
Por conseguinte, ao usar-se estas estratégias instrucionais obtém-se os
seguintes materiais instrucionais:
Aprendizagem experimental:
o Brainstorming.
o Exercícios práticos (interação professor e aluno).
o Atividade de programação.
Instrução direta:
o Conjunto de slides que apresentam todo conteúdo teórico que o aluno
deve compreender.
149
5.2.3 Desenvolvimento
Esta secção é responsável pela criação do conteúdo e a seleção dos materiais
devidamente apropriados para a aprendizagem. Portanto têm-se:
g) Slides: para o desenvolvimento dos slides teve-se como base slides
utilizados em oficinas de ensino de computação anteriores
(COMPUTACAONAESCOLA, 2015). Para efetuar-se a sua elaboração fez-se um
estudo de quais conteúdos deveriam ser abordados aos alunos. Utilizam-se
abordagens concisas e focalizadas para não saturar os alunos. A fim de tornar a aula
mais atrativa, os slides além de conter textos, contêm imagens e vídeos com interesse
de captar a atenção dos alunos. Usa-se também, além dos slides (conceitos teóricos)
atividades práticas. No total, foram desenvolvidos 4 conjuntos de slides.
O primeiro conjunto de slides abrange o conteúdo sobre a computação. O
segundo conjunto de slides envolve o conteúdo sobre computação física, conceitos de
programação e Arduino. O terceiro conjunto inclui Scratch e comunicação
Scratch/Arduino. Por último, é o conjunto que abarca o conteúdo sobre a montagem e
programação do robô. Nas figuras 10-17 se pode observar um extrato do primeiro e
do segundo conjunto de slides.
Figura 10 Slide sobre a aula 1 (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 11 Slide sobre o que é a computação (extrato do primeiro conjunto de slides)
150
Figura 12 Slide sobre o uso da computação (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 13 Slide sobre a comunicação (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 14 Slide sobre a aula 2 (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 15 Slide sobre o computador (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 16 Slide sobre para que serve cada componente de um computador (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 17 Slide sobre o processador (extrato do segundo conjunto de slides)
151
h) Tarefa para casa: foram desenvolvidas 2 tarefas para serem resolvidas
em casa. Estas tarefas servem para ver se o aluno realmente fixou o conteúdo
abordado na aula. A figura 18 ilustra um extrato de uma das tarefas para casa.
Figura 18 Tarefa para casa (extrato da primeira tarefa para casa)
i) Atividades práticas: alguns slides contêm atividades práticas a fazer
durante a aula. Na figura 19 é possível observar uma das atividades.
Figura 19 Atividade prática durante a aula (extrato do segundo conjunto de slides)
152
j) Roteiro: Foram desenvolvidos 3 roteiros para auxiliarem os alunos e
os professores durante algumas aulas. O primeiro roteiro consiste nos passos para
montagem da estrutura física. O segundo roteiro trata dos passos para a montagem do
Arduino, sonar, servo motor e leds na protoboard. O terceiro roteiro consiste nos
passos da programação do Arduino. A figura 20 apresenta um extrato do primeiro
roteiro.
Figura 20 Roteiro (extrato do primeiro roteiro)
k) Lista de materiais: foi desenvolvida uma lista de materiais reciclados
que podem ser usados para a construção da estrutura física.
l) Foram desenvolvidas duas estruturas físicas como exemplo do uso de
materiais reciclados. A figura 21 mostra uma das estruturas criadas.
153
Figura 21-Bicho de pelúcia usando material reciclado
5.2.4 Avaliação
A secção de avaliação é responsável por avaliar toda a unidade instrucional quanto à
sua qualidade.
Avalia-se o impacto da oficina de acordo com a motivação, experiência e
aprendizagem do aluno. Tendo como objetivo, discernir existentes melhorias para
próximas oficinas.
Por conseguinte, os aspectos de qualidade da unidade instrucional são:
Conter os objetivos de aprendizagem bem definidos.
Ter um carácter motivante e cativador.
A fim de avaliar a unidade instrucional, foi adequado o modelo de MEEGA de
avaliação de jogos educacionais proposto por SAVI (2011). Este modelo é baseado
nos quatro níveis de avaliação de Kirk&Patrick (2006). Define-se este modelo como
sendo uma estrutura padronizada para avaliação da aprendizagem. A Figura 22
apresenta a divisão dos fatores de avaliação.
154
Figura 22 Adaptação do modelo de avaliação (SAVI, 2011)
Segundo o modelo de MEEGA, todos os dados são recolhidos por meio de um
questionário padronizado. Foi desenvolvido um questionário para avaliar a qualidade
e a efetividade da oficina. No questionário existem dois tipos de pergunta, um
conjunto de perguntas para avaliar a qualidade da oficina e outro conjunto para avaliar
a efetividade da oficina. Sendo que a efetividade é classificada como o quanto aluno
compreendeu, o quanto o aluno se lembra e se ele é capaz de aplicar na prática.
Podemos encontrar o questionário no Apêndice E ao final do trabalho.
ANALISE DOS RESULTADOS
Para quantificar e analisar melhor os resultados obtidos um primeiro
questionário foi desenvolvido. Este questionário é usado para saber o conhecimento
dos alunos antes da oficina. O questionário pode ser encontrado no Apêndice E ao
final do trabalho.
155
6 Conclusão
O presente trabalho tem como objetivo central o design instrucional de uma oficina de
pais e filhos (com crianças de 12 aos 14 anos de idade) para ensinar computação física
alinhado a referência de curriculum (CSTA, 2011) com baixo custo,
(aproximadamente R$100). Assim, foi desenvolvida uma unidade instrucional a fim
de introduzir e ensinar a computação ás crianças e aos pais de maneira concisa e
focalizada. Em que as crianças e os pais pudessem absorver e utilizar todo o conteúdo
apresentado.
Para tal, em primeiro lugar, foi desenvolvida a fundamentação teórica. Esta
retrata sobre todos os assuntos abordados, sendo eles computação física e
aprendizagem e ensino. Assim, utilizando o modelo de ADDIE os objetivos de
aprendizagem foram desenvolvidos, após a revisão de todos os conceitos. Em seguida,
uma revisão sistemática foi realizada. Após a execução desta revisão foi possível
verificar carência em materiais para o ensino de computação física usando o Scratch e
o Arduino. Por fim, uma unidade instrucional envolvendo questões práticas e teóricas
foi desenvolvida sendo que, esta unidade incluía slides e atividades práticas.
Com o presente trabalho foi possível observar que oficinas para o ensino de
computação física usando o Scratch e o Arduino em conjunto são uma novidade. E
que não são tão usadas no ensino de computação física. Assim, foi possível
desenvolver uma nova e diferente oficina para o ensino de computação física. Logo,
este trabalho pode ser usado em pesquisas futuras, e a oficina desenvolvida durante o
trabalho em questão, pode ser utilizada como norteadora para a aplicação de oficinas
na mesma área.
Como trata-se de um tema novo, recomendam-se novas pesquisas em relação
ao tema abordado, de forma a aperfeiçoar a oficina desenvolvida. Por outro lado,
existe a possibilidade da evolução da oficina para o ensino de alunos do ensino médio.
Sendo assim, a oficina poderia proporcionar outros conceitos mais avançados sobre a
computação física.
156
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Figura 10 Slide sobre a aula 1 (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 11 Slide sobre o que é a computação (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 12 Slide sobre o uso da computação (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 13 Slide sobre a comunicação (extrato do primeiro conjunto de slides)
Figura 14 Slide sobre a aula 2 (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 15 Slide sobre o computador (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 16 Slide sobre para que serve cada componente de um computador (extrato do segundo conjunto de slides)
Figura 17 Slide sobre o processador (extrato do segundo conjunto de slides)