Utilização do Arduino como Estratégia Pedagógica na Aprendizagem da Lógica de Programação

Using Arduino as Pedagogical Strategy in Learning Logic Programming

Rosangela Maria de Melo

IFPE – Campus Belo Jardim – Pernambuco – Brasil UFPE – Centro de Informática – Pernambuco – Brasil

rosangela.melo@belojardim.ifpe.edu.br

Ivanildo José de Melo Filho IFPE – Campus Belo Jardim – Pernambuco – Brasil

UFPE – Centro de Informática – Pernambuco – Brasil ivanildo.melo@belojardim.ifpe.edu.br

Fábio Denilson de Oliveira Feliciano

IFPE – Campus Belo Jardim – Pernambuco – Brasil fabio.denilson@belojardim.ifpe.edu.br

Rosângela Saraiva Carvalho

UFPE – Centro de Informática – Pernambuco – Brasil rosangelac@gmail.com

Josilene Almeida Brito

IF – Sertão Pernambucano – Pernambuco – Brasil UFPE – Centro de Informática – Pernambuco – Brasil

josilene.brito@ifsertao-pe.edu.br

Alex Sandro Gomes

UFPE – Centro de Informática – Pernambuco – Brasil asg@cin.ufpe.br

Abstract—Este trabalho teve como objetivo averiguar a aprendizagem de conceitos de lógica de programação para alunos ingressantes do ensino médio inserindo a ferramenta Arduíno como estratégia pedagógica. Para tanto, a metodologia aplicada consistiu inicialmente aulas presenciais, bem como, a posterior interação com ferramenta e de atividades avaliativas. Os resultados iniciais sinalizam que esta estratégia se mostrou adequada para materialização de conceitos abstratos que são lecionados em lógica de programação, como também, permitiu identificar problemas de formalização de conceitos matemáticos para resolução das atividades que foram propostas.

Keywords-component; Lógica de Programação; Arduíno; Estratégia Pedagógica.

Abstract—This study aimed to investigate the learning concepts of logic programming for high-school students introducing the arduino tool as a pedagogical strategy. therefore, the methodology applied initially consisted in presencial classes, as well as the subsequent interaction with the tool and assessment activities. initial results indicate that this strategy was adequate for materialization of abstract concepts that are taught in logic programming, but it also allows one to identify formalization dificulties of mathematical concepts for solving activities that were proposed

Keywords-component; Logic Programming; Arduíno; Pedagogical Strategy.

I. INTRODUCAO A lógica de programação é fundamental para os estudantes

que almejam trabalhar com desenvolvimento de programas de software. É, portanto, uma técnica que visa favorecer os pensamentos para atingir determinado objetivo [1]. Está inserida dentro da disciplina de programação de computadores. Esta é uma disciplina comum nas matrizes curriculares dos cursos de computação e informática. Normalmente, ocorre no inicio da trajetória curricular com a finalidade de fornecer aos alunos subsídios básico para o desenvolvimento do raciocínio lógico que é representado através dos algoritmos.

Durante o processo de ensino-aprendizagem dos fundamentos de programação se percebe que grande parte dos alunos apresentam dificuldades em assimilar as abstrações envolvidas e que são requeridas pela disciplina. È enfatizado que a disciplina programação tem um dos maiores índices de reprovação em todas as instituições de ensino brasileiras [2], o que torna ponto de reflexão por parte dos professores preocupados com a melhoria da qualidade no processo, ratificando a necessidade de alterações didáticas e metodológicas de apresentação [3].

É enfatizado por [3], [4], [5] e [6] que a maioria dos alunos não consegue desenvolver o raciocínio lógico necessário para o posterior desenvolvimento dos programas. O nível de dificuldade no processo faz com que haja baixa motivação dos alunos, gerando apatia, baixa auto-estima e, desta maneira culminando com evasão e reprovação desses.

É evidenciado por [7] que a forma tradicional de aprendizagem da lógica de programação através da resolução repetitiva de problemas na forma textual, é monótona e cansativa. E, por esta razão, é preciso despertar no aluno o interesse pelo aprendizado procurando superar suas dificuldades. Neste sentido, um ponto crucial no processo de aprendizagem da lógica de programação é como motivar o aluno, a despertar o interesse pelo aprendizado, procurando superar suas dificuldades como a falta de habilidades matemáticas [8].

Ainda é complementado por [9] que o modo tradicional não consegue facilmente motivar os alunos a se interessar pela disciplina, pois não é claro para os alunos a importância de certos conteúdos para sua formação. Os problemas inerentes ao processo de ensino de lógica de programação são inúmeros, tornando-os difíceis de serem tratados de forma que não se pode afirmar a existência de uma solução que o resolva em sua totalidade.

Esta realidade identificada pelos autores supracitados não é diferente no Instituto Federal de Pernambuco – IFPE especificamente no Campus localizado no município de Belo Jardim no Estado de Pernambuco, denominado neste trabalho como “IFPE – Campus Belo Jardim“. A instituição vem ofertando há mais de uma década cursos de formação profissional na área de informática. As experiências em sala de aula com alunos do curso técnico em informática, a exemplo da a disciplina de lógica de programação vem criando ao longo dos anos nos alunos certo temor, algo que se assemelha as mesmas dificuldades na aprendizagem de disciplinas na área de exatas.

Na Instituição, historicamente um universo de 80 estudantes são ingressantes anualmente. E, é identificado que apenas 2% a 10% dos mesmos assimilam a disciplina positivamente, números bastante baixos, mas que não diferem de quaisquer outras instituições e estão consoantes com [3], [4], [5] e [6]. Diante dessa realidade, muitas estratégias tem sido implementadas pelos professores para atingir melhores resultados, buscando assim, diminuir os índices de reprovação e evasão do curso, possibilitando também, uma formação de melhor qualidade para os futuros profissionais nesta área. A estratégia recente utilizada pelo IFPE – Campus Belo Jardim foi utilizar a ferramenta ”Arduíno” como instrumento complementar no aprendizado da lógica de programação.

A tecnologia Arduíno tem origem em 2005 na Itália, é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre, projetada com um Microcontrolador Atmel AVR 1 de placa única, com suporte de entrada/saída embutido. Faz uso de uma linguagem de programação padrão podendo também ser utilizado outras linguagens tais como: Java, C, C++. O ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) para o desenvolvimento do Arduino é do tipo livre (open-source) e pode ser baixada gratuitamente no site do projeto Arduíno. O termo open-source mais comumente utilizado para software, entretanto quando associado ao hardware também compartilha dos mesmos princípios. Desta forma, o hardware do Arduíno

1 Microcontrolador Atmel AVR Disponível na Internet: <http://www.atmel.com/pt/br/products/microcontrollers/default.aspx>.

por ser de código aberto permite ser estudado, entendido, adaptado e compartilhado [10].

Para [11], o Arruíno é uma ferramenta livre que ao ser interligada ao computador possibilita a detecção e controle de vários dispositivos físicos servindo como uma plataforma de prototipagem, para o desenvolvimento de protótipos e produtos, sendo baseada em microcontroladores e num ambiente de desenvolvimento. Essa ferramenta pode ser usada sozinha ou se comunicando com o computador. As placas podem ser montadas manualmente ou pré-montadas.

Esta tecnologia é um instrumento que vem solidificar a preposição de [12] e [13] onde eles enfatizam que sugerir estratégias, aplicativos e ferramentas que proporcione a colaboração e instrumentos de desenvolvimento que possibilite a execução e visualização de resultados parece ser uma proposta melhor. As aplicações do Arruíno podem ser utilizadas nas mais diversas áreas como robótica, engenharia de transportes, segurança, musical, engenharias entre outras.

Tendo em vista as diversas possibilidades que podem ser praticadas como o Arduíno. O objetivo desta pesquisa é utilizar esta tecnologia como estratégia pedagógica motivacional na aprendizagem da lógica de programação e desenvolvimento da aprendizagem colaborativa nos estudantes.

Este artigo está organizado da seguinte forma: a seção II apresenta o método aplicado neste experimento, a seção III evidencia os resultados. Por fim, a seção IV traz as considerações finais desta pesquisa.

II. MÉTODO O método aplicado nesta pesquisa tem caráter exploratório

e utilizando uma abordagem qualitativa, é classificada por [14] e [15] como pesquisa não-experimental tendo em vista a realização de estudos de fenômenos sem a intervenção sistemática do pesquisador, e com a presença de participantes, conforme afirma [16]: “A pesquisa qualitativa utiliza texto com material empírico (em vez de números), parte da noção da construção social das realidades em estudo, está interessada na perspectiva dos participantes, em suas práticas do dia a dia e em seu conhecimento cotidiano em relação à questão em estudo”.

A. Seleção dos Participantes A seleção ocorreu de forma voluntária pelo interesse em

participar do projeto e pelo desejo em melhorar o desempenho individual e o conhecimento na disciplina de lógica de programação. Inicialmente reuniu-se um grupo com 12 estudantes, todos os participantes são estudantes do 1º ano do ensino médio e com idade entre 14 e 15 anos e sem nenhum contato formal com a disciplina de lógica de programação.

B. Duração do experimento A duração desta pesquisa consistiu em 16 (dezesseis)

encontros, perfazendo uma carga horária total de 20 horas.

C. Apresentação do Conteúdo O experimento foi dividido em 02 (duas) fases a saber:

Fase 01: 08 encontros, onde os participantes tiveram aulas presenciais que foram apresentadas as principais estruturas e s

comandos da disciplina de lógica de programação bem como, a resolução de exercícios.

Efetivamente, neste momento do experimento, as aulas expositivas aconteceram de forma sistematizada, sendo auxiliadas por um aluno monitor com a finalidade de proporcionar um ambiente mais descontraído sem as formalidades do sistema tradicional, aluno e professor. O aluno monitor foi selecionado em função do desempenho positivo nesta disciplina em semestres anteriores.

O desenvolvimento das aulas foi iniciado apenas com a participação dos alunos, e desta forma, a figura do professor tem a função de acompanhar as atividades realizadas. Os recursos utilizados foram: quadro branco, projetor e o notebook.

Fase 02: 08 encontros, onde experimento acontece de forma similar ao que aconteceu na “Fase 01”, porém um novo componente é adicionado para ilustrar a aplicação do conteúdo, este componente é a ferramenta Arduino. Nesta fase, o conteúdo da disciplina e as principais estruturas são revistas com a utilização da ferramenta. Esta interação aluno e a ferramenta têm por objetivo auxiliar na compreensão das estruturas apresentadas e buscar um melhor entendimento dos conceitos expostos na “Fase 01”. A cada conteúdo apresentado ao aluno fazia-se a correlação dos assuntos vistos na “Fase 01” com a ferramenta. Esta fase se mostrou interessante, tendo em vista que os participantes conseguiam desenvolver as atividades propostas através da manipulação da ferramenta.

D. Aplicação de Instrumento Avaliativo Esta etapa objetivou a averiguação da aprendizagem em

dois momentos específicos de modo a averiguar a influência ou contribuição da ferramenta Arduíno no aprendizado de lógica de programação aos participantes.

As avaliações ocorreram inicialmente no final da “Fase 01” e no segundo momento no final da “Fase 02”. A avaliação aplicada foi a mesma em ambas as fases e era composta de 1 (uma) questão teórica subdividida em cinco subitens e 6 questões práticas. A questão teórica teve como objetivo abordar conceitos básicos apresentados em sala de aula como, por exemplo:

a) Diferenças entre variável Inteira e Real; b) Definição de variávies; c) Explicar funcionamneto das estruturas IF, IF e

ELSE. As demais questões foram relacionadas a construção de

pequenos programas como por exemplo:

a) Leia um número; teste e escreva se o número é par ou impar;

b) Leia dois numeros inteiros;teste cada número e escreva se o número é par ou impar;

c) Teste cada número e escreva se o número é positivo ou negativo.

III. RESULTADOS Antes de iniciar esta seção, é importante salientar que em

relação aos registros dos resultados das avaliações dos

participantes, não se pretendeu averiguar as questões corretas na sua totalidade, mas no conhecimento que foi adquirido e apresentado durante a resolução das mesmas nas duas Fases. Além disso, pretende-se identificar quais as dificuldades dos participantes ao tentarem resolver as questões.

Sobre os resultados da avaliação aplicada na “Fase 01” se observou que a maioria dos alunos entregou suas avaliações em branco ou com respostas inadequadamente respondidas. As Figuras 1 e 2 apresentam recorte das provas de um dos participantes mostrando o conteúdo desenvolvido na primeira “Fase 01” do projeto e na “Fase 02”.

É possível identificar na Figura 1, a avaliação feita na “Fase 01” do experimento, é identificado que apesar do participante não conseguir desenvolver o problema, o mesmo apenas responde as questões teóricas.

Figure 1. Respostas das questões teóricas na “Fase 01”.

Entretanto na “Fase 02”, após a inserção da ferramenta Arduíno, o participante inicia a resolução com alguns erros na construção do programa. Contudo o mesmo consegue expressar o raciocínio lógico que a questão exige, no momento que consegue identificar os números positivos que são solicitados na questão.

Figure 2. Resposta da questão na “Fase 02”.

Um problema foi identificado e comum aos participantes. Na “Fase 02” é possível identificar, através da sua resposta, que o mesmo possui um raciocínio lógico em construção,

entretanto, tem dificuldades em expressar o conceito matemático que a questão exige.

No que diz respeito ao aproveitamento dos participantes na “Fase 01” do experimento foi identificado que 92% dos alunos não conseguiram absorver o conteúdo e nem desenvolver o raciocino lógico exigido nas questões, conforme apresentado através da Figura 3.

Figure 3. Aproveitamento dos Alunos na “Fase 01”.

Observa-se ainda que 8% dos alunos possuem um raciocínio lógico, mas tem dificuldades em formalizar a matemática que o programa exige. Estes resultados podem estar associados ao primeiro contato com a disciplina e pela dificuldade natural existente no primeiro contato com este tema conforme é evidenciado em [2], [3] e [7]. Do mesmo modo que sinaliza que ações preliminares podem ser estrategicamente planejadas antes da imersão total do participante ao tema lógica de programação. Assim, poderá permitir que o mesmo pudesse estabelecer elos com situações anteriormente vistas com o novo assunto que está sendo apresentado.

A Figura 4 apresenta os resultados da “Fase 02” e indicam que 17% obtiveram resultados expressivos após a utilização da ferramenta Arduino. Este resultado apontou um aumento de 9% no nível de aproveitamento adquirido em relação à “Fase 01”.

Figure 4. Aproveitamento dos Alunos na “Fase 02”.

Apesar do valor de 17% de aproveitamento obtido na “Fase 02” aparentar baixo, é importante salientar que este passa a se mostrar significativo, no momento em que se considera que os participantes não tinham nenhum conhecimento prévio de

lógica de programação, como também, de uma linguagem de programação antes do inicio das atividades.

Dentro do objetivo da pesquisa que teve como propósito desenvolver e aplicar conhecimentos de lógica de programação de forma colaborativa entre participantes utilizando um instrumento que pudesse ser compartilhado. Ainda outro ponto a ser considerado nas circunstâncias da aprendizagem, segundo [6], é o relacionamento entre o professor e os alunos sendo este um fator importante para a motivação.

Os participantes estiveram presentes nas atividades o que nos leva a crer que o participante muitas vezes se torna mais interessado em um ambiente descontraído e colaborativo do que em um ambiente “instrucionista” onde o professor preocupa-se apenas em mostrar o que sabe.

IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados obtidos nesta pesquisa são iniciais, entretanto

nos permitiu identificar problemas, tais como: a dificuldade dos participantes de formalizar os conceitos matemáticos e a necessidade de uma situação introdutória antes do inicio do conteúdo.

A introdução da ferramenta Arduíno permitiu ratificar que a inserção de um instrumento permitiu aos aprendizes materializarem conceitos abstratos, como os que são trabalhados em lógica de programação, em resultados reais promove situações de aprendizagem colaborativa.

Neste momento, estes resultados nos permitirá planejar com acuidade a segunda etapa deste projeto que se encontra em desenvolvimento. Esses resultados serão aplicados para a próxima etapa da pesquisa de modo que se possa estabelecer um trabalho interdisciplinar entre dos docentes do IFPE – Campus Belo Jardim das áreas de Pedagogia, Computação e Matemática, além de utilizar uma amostra significativa de participantes.

REFERÊNCIAS [1] Moraes,P.S. Curso básico de lógica de programação.centro de

computação,DSC,Unicamp,2000. [2] Rocha, H. (1993) “Representações Computacionais Auxiliares ao

Entendimento de Conceitos de Programação”, In: “Computadores e Conhecimento: Repensando a Educação”. Livro organizado por Valente, J. A. Editora Unicamp.

[3] Rodrigues, M. C. (2002) “Como Ensinar Programação?”. Informática - BoletimInformativo Ano I n° 01, ULBRA. Canoas, RS, Brasil.

[4] Schultz, M. R. O. (2003) “Metodologias para Ensino de Lógica de Programação de Computadores”. Monografia de Especialização (Ciência da Computação). Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, SC, Brasil. 69p.

[5] Chaves de Castro, T., Castro Junior, A., Menezes, C., Boeres, M. e Rauber, M. (2003) “Utilizando Programação Funcional em Disciplinas Introdutórias de Computação”. XI Workshop de Educação em Computação – WEI 2003. Campinas,SP, Brasil.

[6] Delgado, C., Xexeo, J. A. M., Souza, I. F., Campos, M., Rapkiewicz, C. E.(2004) “Uma Abordagem Pedagógica para a Iniciação ao Estudo de Algoritmos”. XII Workshop de Educação em Computação (WEI'2004). Salvador, BA, Brasil.

[7] Koliver, C., Dorneles, R. V., Casa, M. E. (2004) “Das (muitas) dúvidas e (poucas) certezas do ensino de algoritmos”. XII Workshop de Educação em Computação (WEI'2004). Salvador, BA, Brasil

[8] Pereira Júnior,J.C.R; Rapkiewicz,C.E.O Processo de Ensino-

Aprendizagem de Fundamentos de Programação: Uma Visão Crítica da Pesquisa no Brasil,2010. LEPROD -Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF) - Campos dos Goytacazes – RJ – Brasil.

[9] Borges, M. A. F. (2000) “Avaliação deuma Metodologia Alternativa para a Aprendizagem de Programação”. VIII Workshop de Educação em Computação – WEI 2000. Curitiba, PR, Brasil.

[10] Prado, C.V.D. Framework Web para Automação. Curso de ciência da computação,universidade Vila Velha,2012.

[11] Mellis, D. A. Introduction. 2009. Disponível em:< http://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction>. Acesso em: 10 fev. 2014.

[12] Almeida, M. E. B. “Tecnologia na Escola: Formação de Educadores na Ação”. Programa Salto para o Futuro-série Informática na Educação,2001.

[13] Valente, J. A. (1999). “Informática a Educação no Brasil: Análise e Contextualização Histórica”. In: VALENTE, J. A. O computador na sociedade do conhecimento. Campinas, UNICAMP/NIED. 156p.

[14] Wazlawick, R. S. – Metodologia de pesquisa para ciência da computação. Editora Elsevier. Rio de Janeiro. 2008.

[15] Gil, A. C. – Como elaborar projetos de pesquisa. Editora Atlas. 4ª Edição. São Paulo. 2009.

[16] Flick, U. – Desenho da pesquisa qualitativa - Coleção pesquisa qualitativa Editora Artmed. Porto Alegre. 2009.