8º Congresso de Extensão Universitária da UNESP, 2015. Meninos e Meninas Digitais, Lucas H. A. Pereira, Gabriel S. Lima, Christiane M. Schweitzer, Elerson Gaetti Jardim Jr. – ISSN 2176-9761 Meninos e Meninas Digitais Lucas Henrique de Araújo Pereira (Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Engenharia Elétrica, lucashenrique_cmsp@hotmail.com, Bolsa de Extensão ProEx), Gabriel Souza Lima (Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Engenharia Elétrica, colaborador, gabriel.souza.lima10@hotmail.com), Christiane Marie Schweitzer (Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Departamento de Matemática, Orientadora, christiane.schweitzer@gmail.com), Elerson Gaetti Jardim Jr. (Faculdade de Odontologia de Araçatuba, Departamento de Patologia e Propedêutica Clínica, Co-Orientador, egaettij@foa.unesp.br) Eixo: 3 Resumo O desenvolvimento das habilidades e dos saberes envolve uma série de desafios ao magistério que cada vez mais converge ao foco da interdisciplinaridade. O presente trabalho tem por objetivo fazer uma aproximação universidade- sociedade, trabalhando com jovens do ensino fundamental no uso de tecnologias da informação, como ferramentas de trabalho, socialização e principalmente aprendizado. Através de ações planejadas, em concordância com o currículo e os atores da escola EE Prof LEA Silva Moraes foram desenvolvidas atividades com meninos e meninas do ensino fundamental, os quais começam a serem gestores de suas carreiras, buscando delinear suas ações para o ensino médio, e uma futura carreira universitária. Neste trabalho os conceitos fundamentais de lógica, desenvolvimento de programas de computadores, uso de ferramentas interativas e jogos foram inseridos, auxiliando na formação de futuros cidadãos como agentes de transformação da sociedade, fornecendo as oportunidades de aprendizagem que uma sociedade, competitiva, atual e futura, requer. Palavras Chave: educação, programação, qualidade de ensino, robô, ferramentas interativas, inovação, estudos didáticos. Abstract: The development of skills and knowledge involves a series of challenges to the teaching profession that increasingly converge in the focus of interdisciplinarity. The present work aims to make a University-society approach, working with young people from elementary school in the use of information technologies as tools of work, socializing and especially apprenticeship. Through planned actions, in accordance with the curriculum and the actors of the elementary school EE Prof. LEA Silva Moraes were developed activities with boys and girls of 7th and 8th grades of elementary school, which begin to be administrators of their careers, seeking to outline their actions for the technical vocational high school and a future college career. Through this work the fundamental concepts of logic, development of computer programs, use of computer games, interactive tools have been entered, aiding in the training of future citizens. Keywords: education, programming, teaching quality, robot, innovation and educational studies. Introdução O mundo moderno está convivendo com uma infraestrutura de informação ampla, universal e de crescimento vertiginoso que está influenciando todas as relações humanas – comerciais, educacionais e sociais. Adaptar-se a essas mudanças e construir as bases para a inserção geral da população torna-se um grande desafio a ser vencido. Os jovens, cada vez mais, estão cada vez mais familiarizados e usuários ativos de tecnologias da informação, integrado às redes sociais, uso de smartfones e recursos tecnológicos nas suas atividades cotidianas. Esta inserção digital já é uma realidade e precisa ser melhor orientada e explorada. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo fazer uma aproximação universidade-sociedade, trabalhando com jovens do ensino fundamental no 8º Congresso de Extensão Universitária da UNESP, 2015. Meninos e Meninas Digitais, Lucas H. A. Pereira, Gabriel S. Lima, Christiane M. Schweitzer, Elerson Gaetti Jardim Jr. – ISSN 2176-9761 uso de tecnologias da informação, como ferramentas de trabalho, socialização e principalmente aprendizado. Através de ações planejadas, em concordância com o currículo e os atores da escola de ensino fundamental EE Prof LEA Silva Moraes foram desenvolvidas atividades com meninos e meninas de 7ª e 8ª séries do ensino fundamental, os quais começam a serem gestores de suas carreiras, buscando delinear suas ações para o ensino médio, técnico profissionalizante e uma futura carreira universitária. A EE LEA tem em seu projeto pedagógico, os preceitos de escola em tempo integral e disciplinas eletivas. Este diferencial curricular permite ações diferenciadas em sua grade escolar, ofertando a estes jovens um diferencial de formação e planejamento de seu futuro. Assim, estas ideias podem ser exploradas a todos os jovens, meninas e meninos, que buscam um diferencial em sua formação. As ações propostas neste trabalho foram desde o planejamento de uma disciplina eletiva ofertada aos alunos, em parceria com professores, interação com alunos de graduação dos cursos de Engenharia Elétrica e Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, SP; e desenvolvimento e uso softwares. Nesse sentido, torna-se extremamente relevante, questionamentos sobre como a Educação está sendo influenciada por essa informática? Como a escola pública está reagindo diante da informática? E como adaptar as plataformas de informática às condições da população e ao ambiente em que esta está inserida? Responder a esses questionamentos nos remete aos propósitos englobados, que são: 1. Fomentar a inovação na educação através do desenvolvimento da capacidade de computabilidade e de comunicabilidade dos alunos e professores, tendo como intenção a aprendizagem de conceitos fundamentais, no contexto metodológico de resolução de problemas e o desenvolvimento de projetos. 2. Auxiliar na formação de futuros cidadãos como agentes de transformação da sociedade, fornecendo as oportunidades de aprendizagem que uma sociedade competitiva, atual e futura, requer. Diversos estudos didáticos relacionados ao uso de experiências alternativas de ensino têm surgido, entre elas, pode-se citar o uso da plataforma LEGO NXT Mindstorms, a qual permite o ensino de diversas áreas do conhecimento de forma interativa e lúdica, despertando de forma geral um maior interesse dos alunos de engenharia. A Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (POLI- USP), por exemplo, reportou experiências positivas no uso desses kits no ensino de programação de computadores para engenheiros. Campos e Olguim (2008) reportam o sucesso no uso da mesma plataforma e propõem inclusive abordagens para o uso efetivo da mesma no ensino de programação. Embora o foco dessa experiência tenha sido na Computação, a própria montagem dos kits, uso de sensores e interação com eles, proporciona o ensino em outras áreas do conhecimento, incluindo Física, Matemática, Química, Biologia, Ambiente, Robótica entre outras (Behrens et al, 2010; Benedettelli, 2007; Campos e Olguim, 2008; Chraith e Kelly, 2010; Feisel e Rosa, 2005). A proposta deste atual projeto é estender essa ideia a outras escolas a fim de despertar nas crianças o interesse pela robótica e ciência, desenvolvendo suas capacidades lógicas e matemáticas. Material e Métodos Diversos cenários de abordagem aos recursos computacionais podem ser modelados. Estes cenários estão relacionados as necessidades complementares apresentadas pelos educadores da escola. Por exemplo, cenários de ciências relacionados à saúde básica poderão ser elaborados e implementados juntos aos alunos, de forma teórica e prática, tomando como base material didático apropriado pedagogicamente e ferramental computacional disponível (portais de conhecimento e, jogos interativos), ou ainda cenários voltados à engenharia, fazendo controle e automatização de ações robóticas com o kit robótico LEGO MIndstorms. Diversas informações podem ser transmitidas e ensinadas através do ferramental computacional; informações relacionadas à qualidade da água, meio ambiente, doenças transmitidas pela água, preservação de mananciais; doenças sexualmente transmitidas e prevenção; Saúde bucal e repercussões sistêmicas; origem da vida, evolução biológica; princípios básicos de cosmologia; princípios básicos de evolução humana; música, artes, geometria, álgebra; fundamentos da física e geografia. O universo de cenários poderá ser bastante vasto, para isto será feita uma avaliação da escola em 8º Congresso de Extensão Universitária da UNESP, 2015. Meninos e Meninas Digitais, Lucas H. A. Pereira, Gabriel S. Lima, Christiane M. Schweitzer, Elerson Gaetti Jardim Jr. – ISSN 2176-9761 questão das necessidades primordiais e adequadas às faixas etárias. Nesta primeira etapa do projeto abordamos o uso do Kit Robótico LEGO NXT MIndstorms (Grega e Pilat, 2008), e a ferramenta Scratch (Scratch, 2015) para o desenvolvimento de aplicações interativas. E como cenários iniciais buscou-se explorar os conceitos de natureza, sustentabilidade e reciclagem. Características físicas do kit LEGO 2.0 A plataforma LEGO NXT Mindstorms foi a principal ferramenta no desenvolvimento deste trabalho. Através desta plataforma foi montado um modelo robótico padrão para que os alunos pudessem programá-lo. Este modelo permitiu que os alunos pudessem desenvolver algoritmos e implementá-los na linguagem C, usando a ferramenta BricxCC e por consequência analisar o comportamento do robô conforme a sua programação. Este processo consistiu de experimentos iniciais e preparação de materiais pelo aluno do Projeto de Extensão e posteriormente junto com os alunos da Escola Estadual Lea Silva Moraes. Segue, neste capítulo, uma descrição sucinta das ferramentas utilizadas e dos experimentos realizados com os alunos. O kit LEGO MINDSTORM NXT possui um controlador programável (smart brick), que pode ser comparado a um PLC – Programmable Logic Controller, cujas características são listadas abaixo: • 256 kbytes de memória FLASH; • 64 kbytes de memória RAM; • um microcontrolador ARM7 de 32 bits; • portas para input de dados; • portas para output de dados; • 1 entrada para conexão USB; • comunicação wireless via Bluetooth. Além deste smart brick, o kit possui cinco tipo de sensores, são eles: • um sensor de toque, do tipo botão sem travamento; • um sensor ultrassônico, que pode ser utilizado na mediada de distâncias ou na identificação de presença de objetos sem a necessidade de contato; • um sensor de luz/cor, este sensor tem a capacidade de identificar o índice de reflexão de uma dada superfície, através de escalas que relacionem este índice com sua respectiva coloração, é possível definir qual é a cor de um dado objeto ou superfície; • um sensor de som, capaz de identificar variações de comprimento e amplitude de onda e realizar comparações com valores predeterminados. Além destes sensores, o kit possui um sensor de variação angular (encoder) acoplado em cada um dos três motores DC, que através dos dados deste sensor podem ser realizadas estratégias de controle de rotação. Como já foi dito anteriormente o kit possui três motores DC, que são utilizados como atuadores, de acordo com aplicação, conforme apresentado na Figura 1. Figura 1. Kit LEGO MINDSTORM NXT 2.0 São encontrados no kit também os cabos, que servem de ligação entre os sensores/motores e o smart brick, totalizando sete cabos de conectores. O kit possui também três cabos de conversão utilizados para a ligação das três lâmpadas LED. Outro cabo presente no kit é o cabo dados de conexão USB. Além de todos estes equipamentos, podem ser utilizadas centenas de peças encaixáveis presentes no kit, como pode ser visto na Figura 1, para a construção de protótipos, como carros, braços mecânicos, dentre outros. Podem ser destacadas dentre estas peças as diversas engrenagens, que são encontradas em vários tamanhos, possibilitando a construção de sistemas de transmissão de velocidade e movimento. BRICX COMMAND CENTER O Bricx Command Center (BricxCC – Centro de Comando Bricx), ajuda a escrever programas para o Robô Lego Mindstorm NXT 2.0 (em linguagem C), fazer o download deles, começá-los e pará-los, navegar pela memória flash do NXT, converter arquivos de som para usar com os blocos e muito mais. BricxCC funciona quase como um editor de texto, porém com algumas funções extras como: color-coding; automaticamente troca as cores de palavras especiais da linguagem enquanto você 8º Congresso de Extensão Universitária da UNESP, 2015. Meninos e Meninas Digitais, Lucas H. A. Pereira, Gabriel S. Lima, Christiane M. Schweitzer, Elerson Gaetti Jardim Jr. – ISSN 2176-9761 escreve seu código; detecção de erros no programa; detecção de pequenos erros dentro da linguagem de programação e informa ao usuário, assinalando as linhas de código que contém esses. PROGRAMAÇÃO DO ROBÔ Para o Robô montado foi feito um código de programação a partir da ferramenta BricxCC. A construção do algoritmo de programação foi iniciada a partir da lógica de um robô que deveria assemelhar-se a uma aranha e um segundo robô que deveria assemelhar-se a um castor. • Robô Aranha Para o robô aranha foi desenvolvido um código que permite que o robô se movimente para frente e para trás ou que ele pare utilizando os botões “Direita”, “Esquerda” e “Enter” do NXT para controlar os movimentos. O código é composto de diversas estruturas da linguagem C, como as estrutura de repetição While, estrutura de condição If e Sub- programas que rodariam no final em um programa principal, Figura 2. Figura 2. Modelo do robô aranha. Além do uso do Kit robótico, o tema reciclagem foi abordado, através da ferramenta Scratch. A ferramenta Scratch é uma plataforma utilizada por educadores devido a sua fácil compreensão e está destinada à criação e promoção de sequências animadas para a aprendizagem de programação de forma simples e eficiente. No Scratch é possível trabalhar com imagens, fotos, música, criar desenhos, mudar aparência e fazer com que os objetos interatuem, sua programação é inteiramente visual. Conceitos básicos de desenvolvimento de aplicações foram ensinados a 30 alunos de 6ª a 8ª serie do ensino fundamental, os quais, em grupos de 3 alunos desenvolveram historias em quadrinhos através da ferramenta Scratch, apresentando conceitos e cenários sobre reciclagem, Figura 3. . Figura 3. Exemplo de aplicação sobre reciclagem. Resultados e Discussões Os experimentos foram realizados com uma turma de 30 alunos da 6ª, 7ª e 8ª séries da Escola Estadual Lea Silva Moraes, todos selecionados pela própria escola. O Projeto foi realizado todas as quintas-feiras durante uma hora da aula vespertina entre a primeira semana de março e metade do mês de junho de 2015, totalizando três meses e meio de projeto. As crianças eram divididas em grupos a fim de distribuir as atividades ligadas à montagem, à programação e à estratégia de desenvolvimento do projeto. As reuniões eram supervisionadas pela professora orientadora Christiane e uma professora da escola para auxiliar. Além das reuniões semanais, o aluno Lucas Henrique também era responsável pelas preparações das mesmas com duração mínima de 30 minutos. Inicialmente foi feita uma explanação sobre as características da plataforma LEGO Mindstorms NXT 2.0, apresentado funcionalidades e potencial de programação de algoritmos. Os algoritmos foram elaborados em linguagem C, utilizando a ferramenta BricxCC (similar ao compilador utilizado em sala de aula), que permite implementar as funcionalidades básicas de movimentação do robô e respectivo acionamento e coleta de dados dos sensores. Conclusões Tendo em vista o objetivo do estudo, em aplicar a utilização de Kits Lego Mindstorms NXT 2.0 e uso de ferramentas iterativas como Scratch para crianças de uma escola de ensino fundamental, o projeto mostra-se efetivamente uma excelente ferramenta de ensino e demonstração de como a 8º Congresso de Extensão Universitária da UNESP, 2015. Meninos e Meninas Digitais, Lucas H. A. Pereira, Gabriel S. Lima, Christiane M. Schweitzer, Elerson Gaetti Jardim Jr. – ISSN 2176-9761 engenharia pode ser atraente ate mesmo para crianças. Uma vez que a programação e reprodução do algoritmo no Kit Lego Mindstorms NXT 2.0 leva a criança a desenvolver suas habilidades logicas e matemáticas, o projeto também as prepara para a graduação, que apresenta diversos desafios durante o percurso acadêmico. Como trata-se de um projeto que envolve a robótica e a superação de desafios, o interesse das crianças pela engenharia e ciência tende a aumentar, pois é notável a satisfação de “fabricar seu próprio brinquedo”. Assim, através das atividades realizadas, com alunos do ensino fundamental, foi possível avaliar o quanto é válido o uso de ferramentas interativas no processo de ensino-aprendizagem de conceitos multidisciplinares. Agradecimentos Agradecimentos a UNESP pelo apoio no desenvolvimento deste trabalho. ____________________ Behrens, A et al. MATLAB Meets LEGO Mindstorms – A Freshman Introduction Course Into Practical Engineering. In: IEEE Transactions on Education. 53(2), 2010. Benedettelli, D. “Programming LEGO NXT Robots using NXC (beta 30 or higher)”. Ed. 2.2, 2007. Campos, F.C.N, Olguim, G. S. The Use of Auxiliary Resources on Introductory Computing Courses for Engineering. In: International Conference on Engineering Education, MIT, 2008. Chraith, A, Kelly, K. LEGO Mindostorms as a teaching tool in Engineering Education. In: Proceedings of the 27th International Manufacturing Conference, IMC 27, 2010. Feisel, L., Rosa, A. The Role of the Laboratory in Undergraduate Engineering Education. In: Journal of Engineering Education, 2005. Grega, W., Pilat, A. Real-time Control Teaching Using LEGO Mindstorms NXT Robot. In: Proceedings of the International Multiconference on Computer Science and Information Technology, 2008. Panadero, C. F, Román, J. V., Kloos, C. D. Impact of Learning Experiences Using LEGO Mindostorms in Enieneering Courses. In: IEEE EDUCON Education Engineering, 2010. Scratch. http:// scratch.mit.edu, 2015.