Atividade Interdisciplinar: A Robótica em Arduíno na Pedagogia

1. RESUMO

Este artigo aborda uma metodologia do gênero de revisão bibliográfica, em forma de pesquisa qualitativa e explica de forma sucinta, temas relacionados a robótica educacional, mais precisamente, sobre o uso do Arduino na robótica educacional. Tendo como objetivo principal a utilização do Arduino na robótica educacional e a sua interdisciplinaridade, explica e comprova seus benefícios e suas vantagens. O artigo apresenta de forma sucinta e objetiva, as competências da Base Nacional Comum Curricular (BNCC) que destacam as atribuições para as tecnologias digitais e a necessidade de compreende-las para planejar um currículo que abrange essas competências. Demonstra quais são os objetivos da robótica educacional, a diferença entre robótica e automação, a formação ideal dos professores para esta disciplina, escolas que implantaram com sucesso este programa e como a robótica torna o currículo mais atrativo para a multidisciplinaridade. Mostra o conceito e a história do Arduino e o porquê do seu sucesso instantâneo como plataforma de programação para a robótica. Também explica conceitos técnicos do Arduino como seu hardware e seus principais componentes, e seu software e seus ambientes de programação. Por fim, demonstra as vantagens do uso da plataforma Arduino na robótica educacional e abrange os conceitos da multidisciplinaridade e as ciências correlatas utilizadas nos projetos que envolvem o Arduino na robótica educacional. Proporciona como resultado final, uma leitura agradável sobre o conceito da robótica educacional e sua interdisciplinaridade e como a mesma desenvolve habilidades cognitivas nos alunos.

Palavras-chave: Arduino. BNCC. Robótica educacional. Interdisciplinaridade.

2. INTRODUÇÃO

Inicio a apresentação deste artigo, convidando o leitor, a imaginar uma disciplina escolar onde o aluno é o protagonista e o professor é um auxiliar das dúvidas pertinentes a esta disciplina. Isto existe?

Para a resposta da questão acima, pretendo apresentar e demonstrar como a robótica educacional estimula as habilidades cognitivas dos alunos utilizando a cultura maker, que se baseia na ideia de construir soluções para os problemas cotidianos. Para despertar o interesse na robótica educacional utilizando o Arduino como plataforma, este artigo utiliza uma metodologia de pesquisa do gênero de revisão bibliográfica, com uma abordagem qualitativa, tendo como linha de pesquisa "Recursos de Ensino" e como objeto de estudo a "Uso de Tecnologias Digitais no Ensino da Matemática".

O artigo propõe uma reflexão de como a robótica educacional junto com a plataforma Arduino, pode ser implementada na grade curricular agregada com as suas atividades interdisciplinares, como a elétrica, a eletrônica, a mecânica, a pneumática, a hidráulica, a lógica de programação de computadores, dentre outras.

Apresenta uma breve história do Arduino e seu conceito, e como essa plataforma tornou-se sucesso mundial para estudantes e hobistas. Através de exemplos de projetos demonstrados neste artigo, o leitor perceberá de forma intuitiva a interação do mundo digital para o mundo físico e como a robótica educacional potencializa o aprendizado da ciência, estimulando o trabalho em grupo e a criatividade para solucionar problemas cotidianos.   

3. METODOLOGIA

Este artigo foi realizado por meio de uma abordagem qualitativa. Tratou-se de pesquisa do gênero de revisão bibliográfica, onde o tema "ATIVIDADE INTERDISCIPLINAR: A ROBÓTICA EM ARDUINO NA PEDAGOGIA", foi abordado de forma que um leigo no assunto, possa compreender a importância desta plataforma de programação para a robótica educacional e como o conceito de interdisciplinaridade está relacionada com a robótica educacional.

Escolheu-se uma abordagem qualitativa, por possuir um caráter mais exploratório e que induz as pessoas a uma reflexão da análise dos resultados, além de permitir uma investigação sobre fatos históricos que compõem este artigo, também valoriza o entendimento em cima de explicações e exemplos concretos.

Realizou-se uma busca de artigos e livros pertinentes ao assunto no Google, Google Acadêmico e na biblioteca virtual da instituição de ensino superior, com a qual se tinha vínculo na ocasião do curso de graduação.

Identificou no que os autores concordavam e no que apresentavam propostas diferentes. As pesquisas selecionadas que complementam este artigo são: Monk (2014), Oliveira (2015), Ouchana (2015), Stevan; Silva (2015), Circuitar (2018), Ctrl+Play (2019), Murr Elektronik (2019), Noemi (2019), Puhl (2019), Lousada (2020), Robótica Educacional (2020), Silva; Blinkstein (2020), BNCC (2021), Garofalo (2021) e SESI Educação (2021).

4. O BNCC E SUAS COMPETÊNCIAS PARA AS TECNOLOGIAS DIGITAIS

A Base Nacional Comum Curricular (BNCC), foi previsto na Constituição Federal de 1988 no artigo 210, tendo sua primeira versão em setembro de 2015. É um documento que orienta a elaboração do currículo específico de cada escola de acordo com as suas metodologias, além de regular as aprendizagens essenciais a serem trabalhadas nas escolas brasileiras e é composto de 10 competências pertinentes a ampliação integral dos estudantes HISTÓRICO DA BNCC (2021).

Segundo Garofalo (2019), o fato dos estudantes nascerem em uma época digital, existe a necessidade de compreender que, a tecnologia juntamente com as competências do BNCC, podem tornar-se aliadas no novo modelo de ensino. As competências que se destacam para o uso das tecnologias são:

Competência 4: Utilizar diferentes linguagens – verbal (oral ou visual-motora, como Libras, e escrita), corporal, visual, sonora e digital –, bem como              conhecimentos das linguagens artística, matemática e científica, para se      expressar e partilhar informações, experiências, ideias e sentimentos em       diferentes   contextos e produzir sentidos que levem ao entendimento mútuo.

Competência 5: Compreender, utilizar e criar tecnologias digitais de                informação e comunicação de forma crítica, significativa, reflexiva e ética nas              diversas práticas sociais (incluindo as escolares) para se comunicar, acessar e disseminar informações, produzir conhecimentos, resolver problemas e exercer protagonismo e autoria na vida pessoal e coletiva. (BNCC, 2021, p.9).

Garofalo (2019) explica que, é necessário compreender os propósitos da BNCC em relação a Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC), somente para depois, planejar um currículo que atenda essas competências.

As competências referentes ao uso da robótica e automação nas escolas, tem como objetivo estimular a curiosidade intelectual abordando a ciência como referência e agregando as tecnologias atuais.  

5. A ROBÓTICA NA PEDAGOGIA

Visto como um tema avançado para os estudantes e desafiante para os professores, pelo fato da interdisciplinaridade, a robótica educacional ganhou repercussão nos meios acadêmicos e escolar brasileiro. Além de ser questionada sobre seu benefício; como enquadrar uma disciplina interdisciplinar em uma grade de aulas tão apertada?

Qual a diferença entre a robótica e a automação? Isto é um conceito que precisa ser esclarecido, antes de qualquer debate entre pedagogos sobre a robótica educacional.

"A robótica é uma ciência relacionada à montagem e programação de robôs com dispositivos programáveis e multifuncionais para processos automatizados. A automação é um conjunto de tecnologias para a automatização das atividades e controles de processos produtivos" (MURR ELETRONIK, 2019).

Com base nas informações acima, compreendemos então, que a automação está relacionada com a robótica, e que os dois pertencem a uma mesma grade curricular.

Silva e Blinkstein (2020) explica que, o objetivo da robótica educacional é o aprendizado de ciências de forma lúdica, além de aguçar o interesse dos alunos para as áreas de tecnologia e engenharia.

Um dos pioneiros no ensino da robótica educacional, o SESI-SP (Serviço Nacional da Indústria) em parceria com o SENAI-SP (Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial), conceitua a robótica educacional como:

"Um programa de atividades práticas que ampliam o conhecimento científico e tecnológico, estimulam a criação, a experimentação, o trabalho em equipe e desenvolvem habilidades múltiplas nos estudantes, englobando conceitos de ciência, tecnologia, engenharia, arte e matemática" (SESI EDUCAÇÃO, 2021).

Para Noemi (2019), "a tecnologia não pode ser trabalhada de forma isolada, pois ela precisa contribuir para o desenvolvimento dos conceitos estudados nas outras disciplinas", ou seja, a interdisciplinaridade é o elemento principal nas aulas de robótica. Conclui-se então, que a robótica educacional oferece uma metodologia variada de ensino, tendo o aluno como protagonista.

Flávio Rodrigues Campos, doutor em educação e pesquisador do uso da tecnologia e da robótica na educação, confirma que os educadores já não a utilizam mais apenas com um único e exclusivo fim, e nos esclarece que:

“No início, as escolas criavam laboratórios para o ensino de determinada matéria, mas nos últimos anos começaram a perceber que a robótica é muito mais do que isso e criaram uma disciplina curricular para ela. O que se discute é: por que devemos ficar focados apenas no ensino da área de ciências se a robótica é uma área interdisciplinar? Por que não ensinamos tecnologia dentro do currículo, explicando, por exemplo, como funciona um sensor, de que forma ele se comunica com a placa? Focar apenas um saber reduz o alcance da aprendizagem e a possibilidade de investigação do aluno, uma vez que com a robótica eu posso trabalhar matemática, engenharia, mecânica, artes, questões sociais, entre outros temas” (OUCHANA, 2015).

Noemi (2019) nos alerta, que é indispensável para a gestão escolar estar atenta ao fornecedor dos kits de robótica, pois o mesmo, necessita estar alinhado com as metodologias adotadas na prática da disciplina.

Outro fator determinante que é questionado e debatido é a formação dos professores. Existe a necessidade dos mesmos, serem engenheiros de formação ou professores de carreira com alguma experiência ou especialização na área?

Como a robótica torna o currículo escolar mais atrativo pela sua interdisciplinaridade, as escolas estão se adaptando para oferecer esta nova modalidade de ensino e exemplos não faltam. Ouchana (2015) aponta alguns casos de sucesso a serem pesquisados, como a escola Stance Dual em São Paulo e o colégio Liceu Franco-Brasileiro no Rio de Janeiro.

Por fim, a robótica surge para potencializar o aprendizado na ciência, estimulando o trabalho em grupo, a autonomia, a criatividade, criando soluções e resolvendo problemas, além de inserir o estudante no centro do aprendizado.

6. O QUE É ARDUÍNO: HISTÓRIA E CONCEITO

Com o objetivo de criar um dispositivo que fosse de baixo custo, funcional, eficaz e de fácil programação para estudantes e hobistas, cinco pesquisadores: Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis, uniram esforços e criaram o Arduino em 2005 LOUSADA (2020). Por utilizar software e hardware com conceito de open source - código aberto livre de cobrança e que pode ser modificado pelo usuário - seu sucesso foi instantâneo e atualmente é conhecido e empregado no mundo todo como uma das plataformas de programação mais utilizadas na robótica educacional e na automação.

Lousada (2020) nos explica em poucas palavras a definição de Arduino: "é uma plataforma de desenvolvimento de projetos eletrônicos (ou prototipagem eletrônica, como também é comumente dito), constituída tanto de hardware e software".

Oliveira e Zanetti (2015) descreve o arduíno, como uma placa eletrônica muito similar à de "um computador de pequeno porte, sendo composto por um microcontrolador Atmega, memória RAM, armazenamento secundário (memória flash) e clock, entre outras funcionalidades". Sua principal diferença, está em como conectamos as entradas e saídas no dispositivo, por exemplo: em um computador conecta-se o mouse na entrada e o monitor na saída, já no Arduino, conecta-se um sensor de temperatura na entrada (input) e o mesmo após processar sua leitura, pode enviar um aviso, através de um dispositivo sonoro conectado a sua saída (output).

Na figura 1, logo abaixo, temos o modelo Arduino UNO, que é o mais conhecido e utilizado, também existem outros modelos como o Arduino MEGA e o Arduino Pro Mini, além de outros modelos que são empregados para projetos mais específicos. Além do Arduino, temos outras duas plataformas de prototipagem eletrônica menos conhecidas e utilizadas, como o Raspberry Pi e o BeagleBone.

Figura 1 - Microcontrolador Arduino UNO e suas principais descrições

Fonte: LOUSADA, 2020.

Puhl (2019) nos esclarece que, o software de programação utilizado pelo Arduino é em Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE (Integrated Development Environment), que é um aplicativo disponível para Windows, MacOS, Linux e Android. O IDE de um Arduino é simples de manusear e é utilizado para escrever códigos e programas em linguagem de programação C. Após compilar o programa escrito, o mesmo deverá ser descarregado na placa Arduino através de um conector USB, para que o microcontrolador execute suas funções através das suas entradas e saídas (I/O - Input / Output), permitindo assim, a interação do mundo digital para o mundo físico.

"A linguagem de programação utilizada no Arduino é baseada na linguagem C, desenvolvida nos anos 1970 pela Bell Laboratories e que é muito tradicional e conhecida, porém com alguns facilitadores para interpretação humana" PUHL (2019).

Figura 2 - Ambiente Desenvolvedor Integrado do Arduino - IDE

Fonte: PUHL, 2019.

Outro ambiente de programação utilizada no Arduino, é conhecido como ArduBlock - programação em bloco ou programação gráfica (figura 3). Utiliza bloco de funções prontas que estão disponíveis em uma biblioteca, e é muito útil para quem não possui conhecimento em linguagem de programação C, possuindo uma versão em português CIRCUITAR (2018). Este tipo de ambiente de programação, geralmente são utilizados pelos alunos que estão na faixa etária do ensino fundamental.

Existem outros tipos de ambientes de programação para o Arduino, como APP ArduinoDroid e o APP ArduinoCommander, que são utilizados para programação em celulares com sistema operacional Android.

Figura 3 - ArduBlock - Ambiente de programação em bloco de um Arduino

Fonte: CIRCUITAR, 2018.

7. AS VANTAGENS DO ARDUINO NA ROBÓTICA EDUCACIONAL

Ser um facilitador no ensino da robótica educacional com um baixo custo, essa é vantagem primordial do Arduino. "Logo, se a proposta da robótica na educação é o incentivo ao seu uso para a solução de problemas do cotidiano, podemos considerar que o Arduino cumpre bem essa promessa" CTRL+PLAY (2019).

Com o objetivo de induzir os alunos a pensarem em soluções para o cotidiano, a robótica educacional, junto com o Arduino, é o principal aliado desta empreitada, pois ela permite ao aluno, utilizar a imaginação para a solução de determinados problemas que são propostos em sala de aula.

Como o Arduino é uma placa eletrônica de prototipagem, ele é utilizado em conjunto com uma matriz de contato ou protoboard (figura 4), onde os componentes eletrônicos são fixados e interligados com fios ou jumpers, sem a necessidade de utilizar soldas de estanho, o que facilita na montagem dos projetos, além do fator segurança (queimaduras provocas pela utilização do ferro de solda).

Figura 4 - Arduino em conjunto com protoboard

Fonte: MONK, 2014.

Outra vantagem do Arduino, é o que o mesmo pode ser empregado em projetos, sem a necessidade de utilizar o Arduino e seus componentes no modo físico, basta utilizar um software de código aberto chamado Fritzing (figura 5). Esse software permite a criação de projetos virtuais, utilizando somente o computador e obtendo o mesmo resultado final no projeto, em comparação com o modelo físico do Arduino.    

Figura 5 - Software Fritzing utilizando Arduino com protoboard e seus componentes eletrônicos.

Fonte: STEVAN JR; SILVA, 2015.

Sendo o aluno o protagonista na educação, o uso do Arduino é inquestionável, pois permite ao estudante ser o centro das decisões, favorecendo o trabalho em equipe, a interdisciplinaridade e a cultura maker, onde o estudante cria suas próprias soluções para determinadas questões.

8. PROJETOS EM ARDUINO E SUAS CIÊNCIAS CORRELATAS

Projetado com um propósito de possuir um software open source, dentro do ambiente de programação do Arduino existem as libraries, que são bibliotecas onde diversos projetos já testados são armazenados e estão disponíveis para o uso e que podem ser modificados conforme a necessidade do projeto. Além disso, hobistas de várias partes do mundo, publicam seus projetos em comunidades virtuais na internet, facilitando assim, a compreensão e a comunicação entre seus usuários.

Os projetos em Arduino podem ser utilizados tanto na robótica educacional, como na automação residencial, ou algo similar, onde o aluno crie alguma solução para um determinado problema.

Cabe ao professor em conjunto com os alunos, o papel de indutor de ideias ou de problemas para que os alunos criem as soluções. Exemplos de projetos para o Arduino não faltam, na internet é possível encontrar publicações variadas sobre o tema e uma gama diversificada de solução para cada tipo de problema.

Projetos que envolvem sensores, podem ser implementados utilizando o conceito de temperatura e umidade. Um sensor de temperatura pode indicar a necessidade de um aviso sonoro para a segurança de pessoas, ligando ou desligando um determinado equipamento; em outros projetos, pode-se utilizar um sensor de umidade, onde o mesmo, indica um solo seco e a necessidade regá-lo automaticamente por um determinado tempo; utilizando sensores de presença de pessoas, pode-se ligar algum equipamento ou desligá-lo na forma de prevenção de acidente. Com o Arduino, é possível utilizá-lo em projetos que envolvam o uso de motores elétricos para robôs ou carrinhos automáticos, iluminação, automação residencial através de comandos por celular, dentre outros. Enfim, existe uma diversidade de projetos, no qual o Arduino pode ser empregado para solucionar os problemas no cotidiano das pessoas.

Projetos que envolvem o Arduino, agregam conceitos fundamentais de ciências como a elétrica, a eletrônica, a pneumática, a hidráulica, a mecânica, a tecnologia, a engenharia, a lógica de programação, ou seja, conceitos estes, que englobam e estão presentes nas disciplinas de física, química e matemática.

O Arduino não foi projetado somente para estudantes e hobistas, indústrias a utilizam na automação nos seus processos industriais e arquitetos a utilizam na automação residencial, tornando o Arduino uma ferramenta de vital importância e de essencial aprendizagem para futuros técnicos e engenheiros.

9. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este artigo demonstra que, compreendendo os propósitos das competências para as tecnologias digitais e a diferença entre robótica e automação, pode-se construir uma grade curricular atrativa, potencializando o estudo da ciência com a introdução da robótica educacional e a sua interdisciplinaridade.

Através de revisões bibliográficas, foi apresentado inicialmente o que é a Base Nacional Comum Curricular (BNCC) e suas competências para o uso da tecnologia digital. Também foram mostradas opiniões de doutores e pedagogos, sobre a vantagem do ensino da robótica educacional.

Como o Arduino é o objeto principal deste estudo, foi explicado o propósito da sua criação, o porquê do seu sucesso instantâneo e quais são os motivos do Arduino ser a plataforma mais utilizada na robótica educacional. Também foram explicados de forma objetiva e sucinta, como opera seu software e hardware, além de citar os principais modelos existentes no mercado e exemplos de projetos desenvolvidos no Arduino.

A ideia proposta aqui, foi de demonstrar como o uso do Arduino é um facilitador no ensino da robótica educacional. Após a leitura deste artigo, espero que o leitor, tenha uma visão mais ampla de como a robótica educacional potencializa a ciência e abrange a interdisciplinaridade.          

Devido a sua importância na potencialização do ensino das ciências e no currículo escolar pela sua interdisciplinaridade, urge a necessidade do seu uso ser mais difundido nas escolas brasileiras.

A pergunta final para os leitores deste artigo é: Podemos exercer a pedagogia sem o uso das tecnologias digitais, seja ela qual for? Reflita sobre a questão acima.

10. REFERÊNCIAS

ArduBlock - Programação gráfica para Arduino. Circuitar. Brasil, 2018. Disponível em: <https://www.circuitar.com.br/tutoriais/ardublock-programacao-grafica-para-arduino/index.html>. Acesso em 13 jun. 2021.

Benefícios da robótica na automação industrial. MURR ELEKTRONIK. Brasil, 2019. Disponível em: <http://blog.murrelektronik.com.br/beneficios-da-robotica-na-automacao-industrial/>. Acesso em 15 jun. 2021.

BNCC em PDF. Base Nacional Comum Curricular - BNCC. Brasil, 2021. Disponível em:  <http://basenacionalcomum.mec.gov.br/>. Acesso em 10 jun. 2021.

GAROFALO, D. BNCC: Leve as competências tecnológicas para a sala de aula. Nova Escola. Brasil, 2019. Disponível em: <https://novaescola.org.br/conteudo/18739/bncc-leve-as-competencias-tecnologicas-para-a-sala-de-aula>. Acesso em 12 jun. 2021.

Histórico da BNCC. Base Nacional Comum Curricular - BNCC. Brasil, 2021. Disponível em:  < http://basenacionalcomum.mec.gov.br/historico>. Acesso em 12 jun. 2021.

LOUSADA, R. O que é Arduíno: Para que serve, vantagens e como utilizar. Eletrogate. Brasil, 2020. Disponível em:  . Acesso em 10 jun. 2021.

MONK, S. 30 projetos com Arduíno. Porto Alegre: BOOKMAN, 2014. Edição autorizada em português pela The Mc-Graw Hill Global Education Holdings, LLC. New York, 2013.

NOEMI, D. O que é a robótica educacional e como implantar na escola. Escolas disruptivas. Brasil, 2019. Acesso em: <https://escolasdisruptivas.com.br/steam/o-que-e-robotica-educacional-e-como-implantar-na-escola/>. Acesso em 11 jun. 2021.

OLIVEIRA, C. L. V.; ZANETTI, H. A. P. Arduino descomplicado - como elaborar projetos de eletrônica. São Paulo: Érica, 2015.

O que é Arduíno: Entenda como a robótica vai além do LEGO. Ctrl+Play. Brasil, 2019. Disponível em: <https://ctrlplay.com.br/o-que-e-arduino-entenda-robotica/>. Acesso em 10 jun. 2021.

OUCHANA, D. O que é a robótica educacional e quais são os ganhos para a aprendizado. Educação. Brasil, 2015. Disponível em: <https://revistaeducacao.com.br/2015/12/02/o-que-e-a-robotica-educacional-e-quais-sao-os-ganhos-para-o-aprendizado/>. Acesso em 11 jun. 2021.

PUHL, F. L. J. et al. Robótica. Porto Alegre: SAGAH, 2019.

Robótica Educacional. SESI Educação. Brasil, 2021. Disponível em: <https://www.sesisp.org.br/educacao/educacao/robotica-educacional>. Acesso em 11 jun. 2021.

SILVA, R. B.; BLIKSTEIN, P. Robótica educacional. Porto Alegre: Pensa, 2020.

STEVAN JR., S. L.; SILVA, R. A. Automação e instrumentação industrial com Arduíno: teoria e projetos. São Paulo: Érica, 2015. 

Por

FREITAS, Cássio Mendes

Licenciando em Matemática no Centro

Universitário Internacional UNINTER

STACHESKI, Geison Carlos

Professor Orientador no Centro

Universitário Internacional UNINTER