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Scratch e Arduino nas aulas de Matemática: Um caminho do pensamento aritmético para o algébrico

(RE) pensando sobre Educação - Casa De Makers 11/11/2017

Uso do Scratch e Arduino como ferramenta
para desenvolvimento de projetos interdisciplinares

Contexto:
Alunos de 6º ano do Ensino Fundamental 2
Aula de Matemática e integração com Ciências
Professor Rui Zanchetta Fernandes Corrêa

Justificativa do projeto

Acreditamos que a escola deve servir às necessidades do dia a dia dos estudantes e, com isso, permitir que a construção do conhecimento se dê de forma prática e aplicada, para que o aluno veja sentido e estabeleça relações entre os conhecimentos científicos (nas mais diversas áreas), e seu dia a dia.
Também percebemos a importância de apresentarmos a tecnologia aos estudantes sob uma ótica diferente da que a maioria está acostumado, não apenas para consumir, mas como produtores de conhecimento, apresentando a programação (coding), e ferramentas como Arduino e impressão 3D, como ferramentas de resolução de problemas.
Outro ponto importante a ser considerado é o processo durante o desenvolvimento e criação dos projetos, no qual não apenas os fatores cognitivos são considerados, mas também fatores sócio-afetivo-emocionais.
Orientados pelo conceito de aprendizagem criativa, amplamente divulgado pelo MIT (Instituo de Tecnologia de Massachusetts), e também o Movimento Maker, pretendemos desenvolver propostas que contemplem 1) alunos protagonistas, durante atividades com muita mão na massa 2) os interesses dos alunos, para desenvolvimento de projetos pessoais, que tivessem real significado aos estudantes 3) construção do conhecimento de forma colaborativa e 4) lúdica, por meio de livre experimentação, valorizando o erro como parte importante do processo.

Descrição do projeto
Início – 2º trimestre
Iniciamos o segundo trimestre com um desafio para os alunos: Eles seriam responsáveis pela construção de uma residência sustentável. E para isso, precisariam fazer um protótipo virtual dessa residência.
Durante as discussões iniciais, muitos temas foram levantados, mas um foi comum a todos os grupos – economia de energia elétrica. Ainda durante o brainstorm, muitas ideias surgiram, mas uma mobilizou o grupo: Como fazer para que a luz da residência só pudesse ser acessa caso o ambiente já estivesse mais escuro. E então cada grupo iniciou suas pesquisas para desenvolver esse protótipo digital, utilizando o Scratch, inserindo assim, programação (coding) no currículo de Matemática, e trazendo o Movimento Maker para dentro da sala de aula, proporcionando momentos de prototipagem aos estudantes.

 

Imagens para blog

Figura 1: animação indicando dia – portanto as luzes estão apagadas. (Utilizando Scratch)

Fig 2

Figura 2: Animação indicando a noite, com poste de luz aceso. (Utilizando Scratch)

 

Essa primeira parte do desafio, de construir o protótipo virtual trouxe desafios que foram sendo superados em grupo, mas vale lembrar que durante o primeiro trimestre, esses alunos desenvolveram um jogo em Scratch, e por isso, já tinham um bom domínio da ferramenta.
O próximo desafio foi propor que seus protótipos digitais interagissem com o mundo físico, ou seja, com o ambiente externo. Se a sala de aula estivesse escura, a luz da casa deles, no Scratch, deveria acender e, quando a luz estivesse acessa, com mais claridade, indicando que estava dia, a luz da casa apagaria.
Fizemos uma nova roda de conversa para que os alunos levantassem e socializassem suas ideias, trouxessem suas dúvidas e pudéssemos, de forma colaborativa, traçar estratégias para resolver esse novo desafio. E os alunos começaram a perceber que precisariam utilizar outra ferramenta, além do Scratch, para que fosse possível perceber quando estivesse claro ou escuro. Nesse momento começou a se fortalecer uma ideia sobre a necessidade do uso de sensores, e como controlá-los.

fig 3 fig 3a

Figura 3: fotos do momento de pesquisa

Apresentamos aos alunos o Arduino. Levamos algumas montagens (jogos, robôs, e experimentos) construídas utilizando sensores (de luminosidade, temperatura, distância e pressão) e atuadores (motores, leds e buzzer) e tivemos uma aula de exploração, para que eles conhecessem (fisicamente) o microcontrolador, os sensores e atuadores e também como tudo era conectado à Protoboard (placa de prototipagem).
Depois desse momento de exploração, apresentamos duas ferramentas muito parecidas com o Scratch, mas que permitia controlar o Arduino e seus sensores – S4A (Scratch 4 Arduino) e o MBlock – e exploramos juntos essa nova ferramenta. Nesse momento os alunos já começaram a perceber que o sensor LDR seria uma ferramenta muito útil, e perguntaram se poderiam utilizá-lo em seus projetos.

Durante o momento de exploração, deixamos uma montagem pronta, com um LDR (sensor de luminosidade, que percebe se o ambiente está claro ou escuro), e um Led.

fig 4fig4a

Figura 4: a cima, foto da montagem do LED. E a baixo, foto do circuito com LDR

Propusemos dois desafios aos estudantes: 1º) era controlar o Led, fazendo com que acendesse e apagasse utilizando alguma tecla do computador. 2º) observar e registrar as leituras feitas pelo sensor LDR, e interpretar o significado desses valores. 3º) Integrar o sensor e o led, fazendo com que o led acendesse quando o ambiente estivesse escuro.
Proporcionamos aos estudantes o tempo necessário para que explorassem, levantassem suas hipóteses, testassem e reorganizassem suas ideias, trocassem informações entre os grupos e fizessem as modificações necessárias. Foi preciso uma aula dupla (90 minutos) para que os grupos começassem a aparecer com soluções para os dois primeiros desafios. Então, fizemos uma roda de conversa nos 15 minutos finais, par que socializassem suas estratégias, dúvidas – o que tinha funcionado, e o que não tinha. Cada grupo comentou sobre seu trabalho, e ouviu comentários e sugestões do demais. Nessa troca de ideias, os grupos começaram a perceber que havia muitos pedaços trazidos por grupos diferentes e que, se colocados juntos, poderiam ajudar no 3º desafio.

A aula seguinte foi iniciada com uma breve roda de conversa para que os alunos retomassem pontos importantes da aula passada e pudessem seguir a diante. Durante a atividade, incentivamos os alunos a escreverem um roteiro, claro e objetivo, do que eles gostariam que o software fizesse, para organizar seus pensamentos e deixar o mais objetivo possível.
Em pouco tempo os grupos já estavam tentando resolver o 3º desafio, levantando suas hipóteses, observando os resultados e discutindo suas ideias com outros grupos, e logo começaram a perceber a importância dos blocos operadores matemáticos, para que pudessem comparar os valores lidos pelo sensor LDR.

fig 5

Figura 5: alunos de 6º ano desenvolvendo suas casas sustentáveis com Scratch e Arduino

fig 6

Figura 6: Código criado pelos alunos de 6º ano para controlar o led, associado ao LDR

Scratch, Arduino e a Matemática
Durante essas discussões, mais conceitos matemáticos foram se mostrando necessários para que eles conseguissem apresentar soluções para o último desafio:
Construção do significado de inequações: Durante as discussões, os alunos perceberam que teriam que desenvolver uma maneira para que a luz ficasse apagada, sempre que o valor lido pelo LDR fosse maior que um determinado valor (estipulado pelos alunos, após várias observações), pois indicava que o LDR estava recebendo muita luz, e, portanto, estava o ambiente estava claro. Nesse momento, pedimos que tentassem registrar no caderno, utilizando uma reta graduada, o valor de referência (estipulado após observações), e para quais valores a luz deveria acender e para quais não deveria.
Construção de gráficos e tabelas: A partir leituras feitas pelo sensor, os alunos criaram tabelas para registrar os valores obtidos para diferentes níveis de luminosidade. Com esses dados em mãos, construíram gráficos para representar essa variação. Além disso, também representaram a tensão fornecida ao led, durante os intervalos onde o led piscava, como a imagem a seguir.

Desenvolvimento do pensamento algébrico: Durante a atividade, os alunos sentiram necessidade de criar variáveis que armazenassem os valores lidos pelo LDR. Essas variáveis passaram a representar os possíveis valores lidos pelo sensor. Em toda situação em que precisavam comparar os valores lidos, eles passaram a utilizar a variável, e não mais os números. Percebemos, durante as apresentações dos alunos, que o conceito de variável tinha se tornado algo comum e com significado para eles.
Resolução de problemas em diferentes contextos: Percebemos um desenvolvimento significativo na capacidade de resolução de problemas dos alunos, que passaram a organizar informações, dividir um problema maior em pequenas etapas a serem, para que chegassem no objetivo final, e também a busca por diferentes estratégias. Observamos que os alunos começaram a olhar para um mesmo problema de diferentes manterias, ouvindo novas estratégias e criando estratégias em colaboração com outros colegas.

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