Uso da Plataforma Arduino para o Ensino e o Aprendizado de Robótica

Uso da Plataforma Arduino para o Ensino e o Aprendizado de Robótica Anderson Luiz Fernandes Perez1, Renan Rocha Darós1, Fernando Emilio Puntel1 and Sandra Regina Vargas2 1 Universidade Federal de Santa Catarina/Laboratório de Automação e Robótica Móvel Campus Araranguá – Araranguá - Brasil 2 Escola de Educação Básica Profª Maria Garcia Pessi, Araranguá, Brasil Resumo — Este artigo descreve o Projeto Oficina de Robótica que está sendo realizada na Universidade Federal de Santa Catarina - Campus Araranguá. O projeto visa o oferecimento de cursos de eletrônica, programação em Arduino e robótica móvel para alunos do ensino médio da rede estadual de educação. O principal objetivo é capacitar os alunos do ensino médio a projetarem e desenvolverem pequenos dispositivos robóticos, bem como incentivar estes a ingressarem em cursos de engenharia. No artigo é descrita a experiência que a equipe da UFSC está tendo com a ministração dos cursos para os alunos do ensino médio da Escola de Educação Básica Profª Maria Garcia Pessi. Palavras-chave — Arduino, Eletrônica, Ensino/Apredizagem, Programação, Robótica Móvel. I. INTRODUÇÃO A robótica é uma área de pesquisa multidisciplinar, pois engloba o conteúdo de diferentes disciplinas objetivando a construção de robôs para as mais variadas tarefas. É cada vez mais comum o uso de robôs para auxiliar os seres humanos em inúmeras tarefas, desde aspirar o pó da sala até a exploração espacial. As Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) estão cada vez mais presente no dia-a-dia das pessoas, com esse grande crescimento, especialistas vem estudando a melhor maneira de empregar essa tecnologia nas escolas, proporcionando ao aluno o contato com hardware e software fazendo assim com que o aprendizado das matérias aconteça de uma maneira mais lúdica. A robótica pode ser uma excelente ferramenta de ensino se bem aplicada e explorada. Robôs instigam a curiosidade de crianças e adultos, por essa e outras razões pode ser considerada uma ferramenta que proporciona o aprendizado de conceitos, tais como, os de física, matemática, geografia, programação entre outros, de forma simples e agradável. Existem algumas iniciativas para incluir no ensino médio conceitos de robótica e, principalmente, programação de computadores. Nos trabalhos de [1, 2] é proposto a adoção de conceitos de informática e programação de computadores no currículo do ensino médio, os autores argumentam que a disciplina de programação pode ajudar a melhorar a capacidade de raciocínio lógico dos alunos. Este artigo está organizado como segue: na Seção II são relatadas algumas experiências do uso da plataforma Arduino no ensino; a Seção III descreve o projeto oficina de robótica; na Seção IV é apresentado o resultado preliminar da avaliação do curso pelos alunos participantes; as considerações finais são descritas na Seção V. II. USO DA PLATAFORMA ARDUINO NO ENSINO Desde a sua criação em 2005 a plataforma Arduino vem sendo utilizada em várias aplicações. Por se tratar de uma plataforma livre e de baixo custo é muito utilizada no ensino, seja de crianças, adolescentes, jovens ou adultos. O trabalho de [3] propõe a criação de um kit baseado no Arduino Duemilanove para que alunos possam aprender na prática o conceito de percepção humana. A ideia do kit é que o aluno monte um experimento baseado em uma matriz de leds. Com relação a aplicação do Arduino na montagem de robôs móveis podemos citar a experiência de [4] na criação de um robô de baixo custo utilizado em atividades de ensino e pesquisa. Existem iniciativas como as de [2] e [5] que fizeram experiências com o uso do Arduino para ensinar conceitos de programação de computadores. No trabalho de [6] é utilizado o Arduino para ensinar conceitos abordados na disciplina de sistemas embarcados, geralmente ofertada em cursos de Ciência da Computação e Engenharia de Computação. III. PROJETO OFICINA DE ROBÓTICA A. Visão Geral A Oficina de Robótica é um projeto financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) em parceria com a mineradora VALE S/A e visa o ensino de eletrônica, programação de sistemas embarcados e projeto e construção de pequenos dispositivos robóticos a alunos do ensino médio. A proposta do projeto Oficina de Robótica é atender 100 (cem) alunos do ensino médio e 20 alunos da primeira fase do curso de Engenharia de Computação da Universidade Federal de Santa Catarina. O projeto está sendo realizado em parceria com a Escola de Educação Básica Professora Maria Garcia Pessi em Araranguá - SC. As aulas acontecem no laboratório de informática do Campus Mato Alto da Universidade Federal de Santa Catarina - Campus Araranguá. São dois encontros semanais de 4 (quatro) horas cada. O objetivo é oferecer cursos em forma de oficina para capacitar alunos do ensino médio a projetarem e desenvolverem pequenos dispositivos robóticos. ICBL2013 – International Conference on Interactive Computer aided Blended Learning Page 230 Até o momento o projeto já atendeu 3 (três) turmas de alunos do ensino médio totalizando 60 (sessenta) alunos. B. Conteúdo do Curso As aulas da Oficina de Robótica tem caráter teóricoprático, onde são abordados os aspectos teóricos de um determinado assunto e em seguida são realizados experimentos práticos. Os cursos são estruturados em três eixos de formação, sendo: x Eletrônica: conceitos de tensão, corrente e resistência; corrente alternada e corrente contínua; componentes eletrônicos (diodos, leds, resistores, capacitores etc); uso de transistores; circuitos integrados; uso da protoboard; motores elétricos e tipos de motores (de corrente contínua, de passo e servo-motor); sensores (tácteis, infravermelho, luz, temperatura e ultrassom); projeto de circuitos simples com a protoboard. x Programação em Arduino: conceitos de microcontroladores; introdução à placa de prototipação Arduino; introdução a programação com Arduino; componentes de um programa: criação de variáveis, comandos de seleção e repetição, modularização; portas de entrada e saída; portas analógicas e digitais; projetos de circuitos microcontrolados. x Projeto de Sistemas Robóticos: projeto de robôs móveis com circuitos simples. A escolha do Arduino se deu devido ao grande número de publicações e documentação sobre ele. Também porque seu ambiente de desenvolvimento é simples e amigável projetado para leigos tanto em eletrônica como em programação de computadores. C. Material Utilizado no Curso O Arduino utilizado nas aulas do projeto Oficina de Robótica é o modelo Uno equipado com um microcontrolador AVR Atmel 328 de 8 bits. A Figura 1 ilustra a placa de prototipação modelo Arduino Uno. Figura 1 – Placa de Prototipação Arduino Uno. Além do Arduino Uno também são utilizados fios jampers, motores, resistores, protoboard, potenciômetro e transistores. Alguns desses materiais estão presentes nos kits da Robocore (www.robocore.net) que foram adquiridos para serem utilizados nas aulas (Figura 2). Figura 2 – Kit de programação em Arduino fornecido pela Robocore. Durante as aulas cada aluno recebe um kit para fazer as atividades propostas pelo instrutor. A Figura 3 ilustra a montagem de um experimento com sensor de ultrassom. Figura 3 – Experimento realizado com um sensor de ultrassom. Ao final do curso os alunos são capazes de desenvolver um robô móvel conforme ilustrado na Figura 4. Figura 4 – Robô móvel desenvolvido nas aulas do projeto Oficina de Robótica. D. Seleção dos Alunos Participantes A seleção dos alunos participantes do projeto Oficina de Robótica deu-se a partir de um questionário que foi preenchido por todos os alunos interessados em participar do projeto. Devido ao número de alunos interessados em participar do projeto, as turmas foram organizadas da seguinte maneira: as duas primeiras turmas são formadas somente por alunos do terceiro ano do ensino médio e as duas turmas restantes são formadas por alunos do primeiro e segundo anos do ensino médio. ICBL2013 – International Conference on Interactive Computer aided Blended Learning Page 231 IV. AVALIAÇÃO DO PROJETO OFICINA DE ROBÓTICA Nesta seção são apresentados os resultados preliminares obtidos a partir de um formulário de avaliação com alunos das três primeiras turmas do curso Oficina de Robótica. A TABELA 1 lista as questões do formulário de avaliação preenchido por alguns alunos do curso. TABELA 1. Questões referentes ao formulário de avaliação do curso Oficina de Robótica. Questão Respostas Sim Talvez Não 1 O CURSO OFERECIDO PELA OFICINA DE ROBÓTICA ESTÁ ATENDENDO SUAS EXPECTATIVAS? 26 NA 0 2 O CURSO ESTÁ INCENTIVANDO VOCÊ A ESTUDAR MAIS? 24 NA 2 3 VOCÊ ACHA QUE A ROBÓTICA PODE AJUDAR NAS MATÉRIAS TEÓRICAS PASSADA EM SALA DE AULA? 18 7 1 4 O CURSO ESTÁ TE MOTIVANDO PARA CURSAR ENGENHARIA FUTURAMENTE? 8 15 3 5 VOCÊ PRETENDE CONTINUAR SEUS ESTUDOS NA ÁREA DE ROBÓTICA? 11 NA 15 6 VOCÊ ACHA QUE A MATÉRIA DE ROBÓTICA DEVERIA ESTAR PRESENTE NA MATRIZ CURRICULAR DO ENSINO MÉDIO? 23 NA 3 7 VOCÊ CONSIDERA O ARDUINO UMA BOA FERRAMENTA PARA APRENDER PROGRAMAÇÃO E ROBÓTICA? 24 NA 2 * NA – não se aplica. Infelizmente o formulário não foi preenchido por todos os alunos que participaram do curso, entretanto com as respostas dos 26 (vinte e seis) alunos que preencheram o formulário de avaliação é possível observar que a maioria dos alunos está gostando do curso e que considera o Arduino uma ferramenta interessante para aprender conceitos de programação e robótica. V. CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste artigo foi apresentado o projeto Oficina de Robótica que visa oferecer cursos de eletrônica, programação e robótica móvel para alunos do ensino médio da rede estadual de educação na cidade de Araranguá em Santa Catarina. O projeto Oficina de Robótica está sendo realizado no Campus da Universidade Federal de Santa Catarina na cidade de Araranguá e tem como objetivo atender 100 (cem) estudantes matriculados na Escola Estadual Professora Maria Garcia Pessi até o final de 2013. Com os resultados obtidos até o presente momento constata-se que o projeto é um grande sucesso entre os alunos, sobretudo no quesito motivação com os estudos e para ingressar em cursos superiores de engenharia. AGRADECIMENTOS Os autores, Renan Rocha Darós e Sandra Regina Vargas, agradecem ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) pela bolsa de estudos, o autor Anderson Luiz Fernandes Perez, agradece ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) pelo financiamento do projeto Oficina de Robótica e o autor, Fernando Emilio Puntel, agradece a Universidade Federal de Santa Catarina pela bolsa de estudos. REFERÊNCIAS [1] L. Buechley, M. Eisenberg, and N. Elumeze, "Towards a curriculum for electronic textiles in the high school classroom," in ACM SIGCSE Bulletin, 2007, pp. 28-32. [2] A. Barbero and G. B. Demo, "The art of programming in a Technical Institute after the Italian secondary school reform," Proceedings ISSEP 2011, 2011. [3] J. Sarik and I. Kymissis, "Lab kits using the Arduino prototyping platform," in Frontiers in Education Conference (FIE), 2010 IEEE, 2010, pp. T3C-1-T3C-5. [4] A. Araújo, D. Portugal, M. S. Couceiro, and R. P. Rocha, "Integrating Arduino-based Educational Mobile Robots in ROS," 2013. [5] M. A. Rubio, C. M. Hierro, and Á. P. d. M. y Pablo, "USING ARDUINO TO ENHANCE COMPUTER PROGRAMMING COURSES IN SCIENCE AND ENGINEERING." [6] P. Jamieson, "Arduino for teaching embedded systems. Are computer scientists and engineering educators missing the boat?," Proc. FECS, pp. 289-294, 2010. AUTORES Perez, Anderson L. F., é professor e pesquisador da Universidade Federal de Santa Catarina (Campus Araranguá), vinculado ao Laboratório de Automação e Robótica Móvel, Rodovia Jorge Lacerda (SC 449), Km 35,4, Bairro Jardim das Avenidas, 88900-000 – Araranguá – SC (e-mail: [e-mail]). Darós, Renan R., é aluno do curso de Engenharia de Computação da Universidade Federal de Santa Catarina (Campus Araranguá), vinculado ao Laboratório de Automação e Robótica Móvel, Rodovia Jorge Lacerda (SC 449), Km 35,4, Bairro Jardim das Avenidas, 88900-000 – Araranguá – SC (e-mail: [e-mail]). Puntel, Fernando E., é aluno do curso de Tecnologias da Informação e Comunicação da Universidade Federal de Santa Catarina (Campus Araranguá), vinculado ao Laboratório de Automação e Robótica Móvel, Rodovia Jorge Lacerda (SC 449), Km 35,4, Bairro Jardim das Avenidas, 88900-000 – Araranguá – SC (e-mail: [e-mail]). Vargas, Sandra R., é professora da Escola de Educação Básica Professora Maria Garcia Pessi, Rua Nereu Ramos, 334, Bairro Mato Alto, 88900-000 – Araranguá – SC (e-mail: [e-mail]). ICBL2013 – International Conference on Interactive Computer aided Blended Learning Page 232

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