robótica: uma ferramenta pedagógica no campo da computação · uma peça de teatro que tinha...

Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR

Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciência e Tecnologia - PPGECT

I Simpósio Nacional de Ensino de Ciência e Tecnologia – 2009 ISBN: 978-85-7014-048-7

Página: 1394

Robótica: uma ferramenta pedagógica no campo da computação

Antonio Eduardo KLoc

André Koscianski

Luiz Alberto Pilatti

Resumo

Este artigo apresenta uma proposta tecnológica em apoio ao desenvolvimento de práticas pedagógicas, utilizando a robótica como ferramenta interdisciplinar. As práticas envolvidas no projeto possibilitam métodos práticos de ensino, envolvendo o aluno e estimulando-o a interagir com o ambiente de aprendizado, aperfeiçoando habilidades em disciplinas relacionadas à educação científica. O desenvolvimento do projeto consiste na implementação do estudo tecnológico e científico, moldado no processo criativo, utilizando a robótica como ferramenta lúdica e evidenciando o fator motivacional como base do referido estudo.

Palavras-chave: robótica, tecnológico, processo criativo.

Abstract

Robotics: an educational tool in the field of computing

This article presents a technologic propose in supporting the development of pedagogic skills, using the robotic as interdisciplinary tool in the educational model. The process presented on a multidiscipline form, enabling practical and not conventional methods of learn and stimulating the student to create an environment of learning, involving disciplines related to the scientific area. The development of the project is in the implementation of the technologic and scientific study, molded in the creative process, using the robotic like a ludic tool and evidencing the motivational factor as base of the mentioned study.

Keywords: robotic, technologic, creative process.




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Introdução

O desafio da educação profissional é preparar o aluno para a realidade multicultural, onde

o mesmo desenvolverá habilidades de forma interdisciplinar, percebendo todas as dimensões da

realidade através da proposta relacionada a resolução de problemas envolvendo conhecimentos

tecnológicos. Neste contexto, existe a necessidade de desenvolvimento de metodologias

educacionais que possibilitem o desenvolvimento de um pensamento complexo e inclusivo, bem

como contextualizar o conhecimento produzido, de acordo com as necessidades e desafios

sociais.

O artigo descreve a implementação do estudo lógico, estruturado e científico, moldado no

processo criativo, através da robótica com foco lúdico e pedagógico, aplicado ao curso técnico em

informática, pós médio na Faculdade de Telêmaco Borba, Paraná.

O pensamento cognitivo e o acompanhamento de habilidades individuais ou em grupo,

alavancado pelo raciocínio lógico, criam uma forma diferente de aprendizado, onde a experiência

contextualizada torna o ambiente educacional mais agradável. A robótica torna-se uma

oportunidade de atingir o aprendizado em função do desenvolvimento criativo e motivacional dos

estudantes. A proposta é de que os alunos construam seu próprio aprendizado, através de

pesquisas científicas e tecnológicas e da troca de experiências em grupo.

A consistência do projeto está em possibilitar aos alunos, por meio de oficinas a

oportunidade de praticar suas habilidades adquiridas em sala de aula e, principalmente,

possibilitar o desenvolvimento de um produto, solidificando a essência de seu aprendizado. O

desenvolvimento de um manual de atividades realizadas, envolvendo pesquisas na área de

robótica, contribuirá na seqüência dos estudos por estudantes e profissionais da área tecnológica.

Através deste projeto, pretende-se criar uma nova expectativa de alavancar

conhecimento com valor agregado, permitindo o surgimento de profissionais com novas

habilidades que atendam ao mercado profissional emergente, vinculado ao processo de avanço

tecnológico no contexto global.

A construção do conhecimento é definida pela interação entre aluno, professor e

ambiente educacional, cujo processo final consistirá no desenvolvimento de etapas necessárias

para a construção de um modelo robótico.

Diante da necessidade de diversificar as práticas metodológicas no ensino da informática

e possibilitar aos alunos um estudo aplicado no desenvolvimento de produtos tecnológicos, o

projeto estrutura-se em teorias educacionais para atingir os resultados esperados.




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Revisão de Literatura

A aplicação de robótica na escola possui raízes em duas teorias de ensino/aprendizagem:

o construtivismo, cujo principal proponente é Jean Piaget; e o construcionismo, sugerido por

Papert no esteio do trabalho de Piaget.

Construtivismo

O desenvolvimento da teoria construtivista estruturou-se no estudo do comportamento

em crianças, com o objetivo de solidificar os conceitos referentes a aquisição de conhecimento

pelos seres humanos. Esse tema é recorrente entre os estudiosos do funcionamento dos

processos mentais e, em especial, entre os pesquisadores da chamada psicologia cognitiva, que

tratam de compreender os fenômenos da percepção, da aprendizagem, da memória e do

raciocínio humano. O objetivo dessa compreensão estaria na possibilidade de estimular a

ocorrência, velocidade e intensidade dos processos de aquisição de conhecimento,

potencializando, dessa forma, o desenvolvimento dessas faculdades. (SCHNAID et al., 2003). O

desenvolvimento cognitivo para Piaget (1996, p.5), é descrito como o desenvolvimento das

operações formais e o desenvolvimento de aplicar o pensamento formal aos problemas reais,

onde o principal objetivo da educação é criar homens que sejam capazes de fazer coisas novas, e

não simplesmente repetir o que outras gerações já fizeram, homens que sejam criativos,

inovadores e descobridores. O segundo objetivo da educação é formar mentes que possam ser

críticas, possam verificar e não aceitar tudo que lhes é oferecido. Capacitar alunos que sejam

ativos, que aprendam desde cedo a dizer o que é verificável e o que é simplesmente a primeira

idéia que lhes surgiu em mente.

O estudo envolve o processo de aprendizagem, onde o indivíduo conhece e constrói seu

universo na busca do conhecimento. O intelecto seria um conjunto dinâmico de estruturas

cognitivas que ajudam o indivíduo a dar sentido ao que ele percebe. Piaget descreveu o a teoria

construtivista, como uma maneira de explicar como as pessoas chegam a conhecer sobre o seu

próprio mundo, através do conhecer o objeto.

Construir modelos e concretizar experiências através de experiências práticas em

laboratório, envolvendo o uso da tecnologia, permite efetivamente ao aluno buscar e construir

seu próprio conhecimento, criando novos desafios para o desenvolvimento do projeto.




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Construcionismo

Seymour Papert, nascido na África do Sul, matemático e psicólogo do Laboratório de

Inteligência Artificial do MIT (Massachusetts Institute of Technology), adaptou os princípios de

Piaget criando a teoria Construcionista. Sua proposta considera o computador como uma

ferramenta tecnológica para a construção do conhecimento e para o desenvolvimento do aluno.

Segundo Papert (1993, p.135),

A atitude construcionista tem como meta ensinar de forma a produzir a maior

aprendizagem a partir do mínimo de ensino. O Construcionismo defende a idéia

de que as crianças aprendem de forma mais eficaz quando, por si mesmas,

atingem o conhecimento específico de que precisam, com o auxílio do

computador.

Nessa abordagem o aluno constrói conhecimento resolvendo problemas e situações

vivenciados no ambiente escolar. De acordo com Papert (1993, p.146), “a aprendizagem é

facilitada e melhorada se o aluno construir algo de concreto, como por exemplo, uma maquete,

um modelo, um programa de computador, algo que possa ser visto e analisado.”

Os recursos tecnológicos representam ferramentas importantes na sala de aula, utilizados

com o propósito de testar hipóteses para chegar a solução de problemas e atividades propostas

pelo professor. Esse envolvimento dos alunos torna o ambiente de aprendizado mais dinâmico,

contribuindo para a autonomia no aprendizado e formação adequada.

Robótica

O termo robô foi inicialmente usado em 1921 na Tchecoslováquia, na apresentação de

uma peça de teatro que tinha como título Rossum´s Universal Robots - R.U.R, escrita por Karel

Capek. A palavra tcheca robota significa “trabalho forçado” e foi usado Robot no sentido de uma

máquina substituir o trabalho humano.

Um robô moderno é um equipamento multifuncional e reprogramável, projetado para

movimentar materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especializados através de movimentos

variados e reprogramáveis. Diferentemente da automação convencional, os robôs são projetados

para realizarem, dentro dos limites pré-definidos, um número irrestrito de diferentes tarefas.

(ULLRICH, 1987).




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O estudo de robótica envolve o desenvolvimento de protótipos mecânicos e eletrônicos,

dispositivos estes controlados por circuitos integrados e algoritmos lógicos computacionais, tendo

um software como gestor de atividades específicas. A flexibilidade do software permite aplicar

robôs em diferentes áreas profissionais e substituir o trabalho insalubre de operários na empresa.

O processo de produção no “chão de fábrica” ocorre em períodos ininterruptos em turnos de

vinte e quatro horas, levando a grandes índices de rentabilidade (WINSTON, 1997).

Tecnologias informatizadas representam inúmeros processos e atividades sociais. O

desenvolvimento de ações para trazer a tecnologia para a escola caracteriza uma forma de

avanço no sentido de preparar jovens alunos para o desenvolvimento da ciência e da tecnologia.

Robótica como ferramenta pedagógica

A robótica é um meio de possibilitar o desenvolvimento de projetos tecnológicos e

educacionais, envolvendo técnicas de construção e manipulação de robôs e possibilitando o

avanço do processo criativo, raciocínio lógico, a interdisciplinaridade em diferentes áreas.

Exemplos de atividades são o projeto e criação de robôs, a programação de softwares, trabalhos

em eletrônica e redes de computadores.

Aplicado como ferramenta de apoio ao processo ensino/aprendizagem, o uso das

tecnologias de informação e comunicação descreve um mecanismo que estrutura-se em práticas

escolares na tentativa de disseminar um campo de possibilidades pouco exploradas em

instituições de ensino no Brasil (Villaplana, 2002).

A proposta pedagógica do projeto neste contexto é representada pela prática de

atividades envolvendo o estudo da robótica no curso técnico em informática na Faculdade de

Telêmaco Borba – FATEB – Paraná, com o envolvimento de 25 alunos do quinto módulo.

O material utilizado nas aulas práticas é o MindstormsTM NXT comercializado pela

empresa dinamarquesa LEGO®, que disponibiliza a ferramenta no Brasil ao custo de US$ 700,00.

Alguns softwares são necessários para o desenvolvimento de sistemas que gerenciam os

comandos do robô, ferramentas como o LabView, são utilizadas para o referido propósito, são

disponibilizadas também pela empresa LEGO®.

O núcleo de programação LEGO® MindstormsTM representa parte do conjunto básico RIS

(Robotics Invention SystemTM), composto por quinhentas e setenta e sete peças (blocos, vigas,

eixos, rodas, pneus, engrenagens, polias, leds, correias, plataforma giratória, no qual o principal




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componente é o NXT, conhecido como “Smart Brick”. Este é o cérebro do componente, ele possui

quatro entradas e três saídas que manipulam quatro sensores e três motores. Possui uma

arquitetura composta por um Microprocessador ARM7 de 32 bits, 256 kb de memória, uma tela

LCD e um auto-falante (LEGO, 2008).

Desenvolvimento do projeto

O objetivo do projeto é criar um robô, utilizando o conhecimento adquirido no

respectivo curso, através de disciplinas como: técnicas de programação, arquitetura de

computadores, manutenção em componentes eletrônicos e redes de computadores, seguindo as

etapas descritas para elaboração do mesmo.

a) Primeira etapa

O início das atividades relacionadas ao uso da robótica como ferramenta de apoio

pedagógico ocorre por meio da explanação acerca de temas relacionados com o objeto de

pesquisa, através de aulas expositivas que envolvem conceitos sobre inteligência artificial,

robótica e sistemas computadorizados, bem como a descrição do advento da tecnologia em apoio

ao processo industrial e da sociedade.

A idéia central do primeiro encontro consiste em despertar o senso de percepção dos

alunos acerca da utilidade prática em disciplinas curriculares no ensino da informática. Esta etapa

envolve no mínimo duas aulas para explanação do conteúdo, discussões acerca do tema e

Figura 1. Aula em laboratório Figura 2. Explanação sobre robótica




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elaboração do material que relata a importância do estudo nos encontros sob a ótica dos alunos.

Este documento servirá como material de apoio para a elaboração do manual de experiências

para construção de robôs.

b) Segunda etapa

Após o desenvolvimento da etapa que estrutura os conceitos acerca do tema, o trabalho

segue com a definição de um protótipo, o início dos trabalhos que envolvem o desenvolvimento

da criatividade dos alunos, no sentido de imaginar e projetor o robô que será criado. A conclusão

desta etapa ocorre com o desenvolvimento de um protótipo robótico (modelo gráfico), utilizando

a ferramenta Photoshop CS3 Extended.

c) Terceira etapa

A seqüência dos trabalhos ocorre de maneira efetivamente prática e descreve a

montagem do robô, o objetivo é descrever alguns processos que envolvem conhecimentos na

área de eletrônica e mecânica e está relacionado com a disciplina de hardware e arquitetura de

computadores.

d) Quarta etapa

Ocorre a programação dos respectivos robô e será realizada através do uso de

linguagens de programação. A linguagem padrão LabView é fornecida pela própria empresa que

disponibiliza os produtos para montagem do robô, representa uma linguagem gráfica, estruturada

no desenvolvimento de blocos, simplificando ao máximo a programação dos mesmos. Os

Figura 3. Construção do robô Figura 4. Montagem do núcleo de

processamento




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principais campos de aplicação do LabView são a realização de medições e a automação. A

programação é feita de acordo com o modelo de fluxo de dados, o que oferece a esta linguagem

vantagens para a aquisição de dados e para a sua manipulação.

e) Quinta etapa

Após a finalização dos testes no programa executável do robô, ocorre a transferência do

programa desenvolvido no computador para o referido modelo robótico, para execução das

tarefas que fora programado.

A transferência do programa é realizada através de rede wireless ou cabo de conexão

USB – Universal Serial Bus, envolvendo conhecimentos acerca de redes computacionais.

Nesta etapa do projeto alguns testes serão executados em softwares que são

desenvolvidos para possibilitar segurança de sistemas que trabalham em redes. Logo após a etapa

de transmissão de dados, os testes do referido programa serão realizados com o propósito de

integrar máquinas e programas gerenciais.

f) Sexta etapa

A conclusão do trabalho será realizada através da síntese dos relatórios elaborados na

fase de desenvolvimento das atividades nas respectivas oficinas.

O conteúdo desta pesquisa será descrito em forma de um manual de experiências,

objetivando a seqüência dos estudos e desenvolvimento de oficinas tecnológicas envolvendo a

prática e a pesquisa em robótica.

Após concluído o processo, os alunos apresentarão o resultado final em seminários

promovidos para a comunidade acadêmica. A proposta é descrever a pesquisa em todos os

aspectos relevantes de maneira estruturada, com embasamento teórico e posteriormente

disponibilizando o acesso ao material para o avanço da pesquisa.

Conclusão

O projeto envolve práticas colaborativas e construtivas entre alunos e mediadores, tendo

como fator predominante a resolução de problemas tecnológicos, que envolvem práticas em

grupo e, principalmente, conhecimento multidisciplinar, características próprias do ambiente

escolar criativo e inovador. O foco do trabalho está em motivar os alunos à buscar

conhecimentos referentes ao domínio de recursos tecnológicos que possibilitam o




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desenvolvimento de modelos robóticos, articulando diversos conteúdos, como programação,

montagem e manutenção de hardware, designer de protótipos e redes de computadores,

trabalhando ativamente com seu objeto de interesse, agregando conteúdos escolares com

práticas reais.

O aluno, como participante do processo criativo e inovador na construção de seu

conhecimento, desenvolve o interesse por conteúdos práticos, tornando-se protagonista de seu

ambiente escolar e social, ampliando, desta forma, sua atuação como cidadão no mundo

globalizado. Como complemento desta prática, ocorre coerência com a proposta construtivista de

Piaget acerca do desenvolvimento cognitivo, que foram devidamente inovadas por Papert,

conforme mecanismos observados no projeto. O aluno torna-se agente ativo na construção de

seus protótipos, ampliando seus conhecimentos através da proposta transmitida pelo professor e

compartilhando conhecimento com o grupo.

As opiniões e o trabalho em grupo apresentam real importância na obtenção do produto

final, quando ocorrem debates e análise dos pontos positivos e negativos no decorrer do projeto,

quando se caracteriza o desenvolvimento da maturidade no pensamento reflexivo e crítico.

5 Referências

LEGO, Mindstorms RIS 2.0. Disponível em: < http://mindstorms.lego.com>. Acesso em: 05 nov.

2008.

Papert, S. A máquina das crianças: repensando a escola na era da informática. Porto Alegre:

Artes Médicas, 1993.

Piaget, J. A construção do real na criança. São Paulo: Ática, 1996.

Schnaid, F., Timm, M. I., Zaro, M. Considerações sobre uso de construtivista no ensino de

Engenharia. Revista Novas Tecnologias na Educação CINTED-UFRGS . Porto Alegre, v. 1 n. 1,

Fevereiro, 2003

Teixeira, J. C. Aplicações da robótica no ensino secundário: o sistema lego mindstorms e a física.

Dissertação de Mestrado em Ensino da Física. Faculdade de Ciências e Tecnologia. Coimbra, 2006.

Ullrich, Roberto A . Robótica: uma Introdução – o porquê dos robôs e seu papel no trabalho. Rio

de Janeiro: Campus, 1987.

Villaplana, A. C. La informática educativa: una reflexión crítica. Revista Electrónica Actualidades

Investigativas en Educación, Madrid, 2002.




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Winston, P. Rethinking artificial intelligence. Program Announcement, Institute of Technology,

Massachussets, 1997.

Antonio Eduardo Kloc: Mestrado Profissional em Ensino de Ciência e Tecnologia. Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

André Koscianki: docente do mestrado Profissional em Ensino de Ciência e Tecnologia da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná. [email protected]

Luiz Alberto Pilatti: docente do mestrado Profissional em Ensino de Ciência e Tecnologia da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná. [email protected]

robótica: uma ferramenta pedagógica no campo da computação · uma peça de teatro que tinha...

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