Implementazione del Progetto di Robotica Educativa

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CONTEÚDO

ARTICOLO ORIGINALE

JESUS, André Luis Neris de [1]

JESUS, André Luis Neris de. Implementazione del Progetto di Robotica Educativa. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Anno. 06, Ed. 12, Vol. 04, pp. 75-85. Dicembre 2021. ISSN: 2448-0959, Link di accesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/formazione-it/robotica-educativa

RIEPILOGO

Questo articolo si propone di illustrare le esperienze nell’ambito della robotica e intrecciare un dialogo tra robotica e didattica con azioni educative volontarie per l’insegnamento a studenti di classi svantaggiate, realizzate nel 2017. Obiettivo generale del progetto è stato quello di consolidare l’apprendimento teorico-pratico e fornire agli studenti con mezzi tecnologici compatibili con l’evoluzione storica attuale, oltre a risvegliare lo spirito di creatività e ingegno nei futuri professionisti. Un altro obiettivo è mettere gli studenti in contatto con le regole di base del linguaggio di programmazione, dotandosi dell’universo elettronico, consentendo l’analisi e l’assemblaggio di circuiti elettronici. Lo scopo delle esperienze di robotica è far sì che lo studente impari ad utilizzare la tecnologia Arduino nei suoi aspetti teorici e pratici per l’assemblaggio di dispositivi robotici, utilizzando la metodologia attiva. In questo contesto, il presente studio ha come domanda guida: è possibile tenere un corso di robotica nelle scuole pubbliche e, di conseguenza, ottenere risultati positivi? Per rispondere a questa domanda, verrà riportato un percorso pedagogico tecnologico svolto presso il Liceo statale Sete de Setembro, una scuola pubblica situata a Bairro de Paripe, un sobborgo ferroviario di Salvador – BA. Durante lo sviluppo del progetto, è stato possibile percepire che gli studenti riescono ad avere rilevanza nel loro lavoro, esponendoli in fiere e mostre, sia locali che nazionali. Sono state così concettualizzate le aree di analisi, robotica, educazione e insegnamento e la programmazione e i linguaggi elettronici sono stati definiti come le azioni centrali del progetto. I risultati sviluppati nel progetto sono culminati in mostre in fiere e mostre nazionali.

Parole chiave: Educazione, robotica, Arduino, metodologia attiva.

1. INTRODUZIONE

Questo articolo propone la spiegazione di un percorso pedagogico tecnologico dell’anno 2017, presso il Liceo statale Sete de Setembro, una scuola pubblica situata nel quartiere di Paripe, un sobborgo ferroviario di Salvador – BA. Questa è un’azione volontaria di questo insegnante, che ha avuto l’autorizzazione della direzione dell’unità didattica, attraverso il suo direttore, che ha ceduto le dipendenze della scuola per l’attuazione del progetto.

L’obiettivo generale del progetto era quello di consolidare un apprendimento teorico-pratico e fornire agli studenti mezzi tecnologici compatibili con l’attuale sviluppo storico, oltre a risvegliare lo spirito di creatività e ingegno ai futuri professionisti. Un altro obiettivo era quello di mettere gli studenti in contatto con le regole di base del linguaggio di programmazione, strumentalizzando l’universo dell’elettronica, consentendo l’analisi e l’assemblaggio di circuiti elettronici.

In considerazione dell’importanza di azioni come queste, è opportuno definire e spiegare i termini come volontariato nell’azione educativa, nonché i suoi contenuti e la metodologia utilizzata. Lo scopo principale delle esperienze in robotica è quello di far imparare allo studente ad utilizzare la tecnologia Arduino nei suoi aspetti teorici e pratici per l’assemblaggio di dispositivi robotici, utilizzando la metodologia attiva. In questo contesto, è stata sollevata la seguente domanda guida: è possibile insegnare un corso di robotica nelle scuole pubbliche e di conseguenza ottenere risultati positivi?

Poiché il tema non fa parte del curriculum delle scuole pubbliche di Bahia e combinato con il desiderio di questa clientela di partecipare a corsi incentrati sulla tecnologia, stiamo affrontando il fattore economico come ostacolo a questa formazione educativa, rendendo impossibile la partecipazione di questi studenti. Di fronte a questa situazione, l’opportunità di sfruttare il progetto di robotica è stata la migliore prospettiva trovata come lavoro di volontariato.

In questo scenario, il fattore del tempo di riposo viene lasciato, spesso da parte, in modo che sia possibile partecipare a questi corsi, che si verificano nell’intervallo delle lezioni tra il turno serale e notturno, oltre agli investimenti con l’acquisizione di kit di robotica Arduino, sensori e componenti elettronici, che vengono fatti con grande soddisfazione, perché è estremamente gratificante percepire la felicità del tuo studente nel partecipare a un tale progetto.

La definizione di robotica nell’istruzione e le innovazioni che questo tema ha ripercussioni sulla formazione degli studenti mostrano un intreccio di idee in cui culmina nella partecipazione a eventi, momento in cui è possibile dimostrare le produzioni degli studenti in Fiere e mostre nella città di Salvador – BA, con copertura nello stato di Bahia e nazionale.

2. INSEGNAMENTO E VOLONTARIATO: ARTICOLAZIONI TEORICHE

Al fine di concettualizzare le azioni volontarie, cioè il volontariato, un termine così usato oggi, termini come solidarietà, cittadinanza, auto-trasformazione, trasformazione sociale, desiderio di essere utili e sentirsi importanti, che rappresentano, come dice Lovato (1996), fattori determinanti legati all’essere volontari.

In questa analisi del senso del volontariato, Drucker (1997) contribuisce menzionando l’ideale o la missione, così come la sua importanza del valore sociale come elementi fondamentali di questo tipo di lavoro. La definizione delle Nazioni Unite è che

o voluntário é o jovem ou adulto que, devido a seu interesse pessoal e seu espírito cívico, dedica parte do seu tempo, sem remuneração alguma, a diversas formas de atividade, organizadas ou não, de bem-estar social ou outros campos (CORULLÓN, 2002, p. 141).

La motivazione per iniziare il lavoro volontario di robotica educativa presso la Liceo statale Sete de Setembro, precedentemente menzionata, è legata alla formazione accademica in Tecnologia e Istruzione, un’area di attività di questo ricercatore da almeno 20 anni.

2.1 ROBOTICA EDUCATIVA

Con il pretesto di definire i concetti, a questo punto è necessario comprendere la relazione tra robotica ed educazione. Secondo Débora Noemi, la robotica rende gli studenti più vicini alla scienza e alla tecnologia, aree di conoscenza che generano grande interesse negli studenti. Resta inteso che la programmazione robotizzata porta una serie di vantaggi alla qualità dell’insegnamento. (NOEMI, 2021)

Il termine Robotica Educativa o Pedagogica, può essere inteso da ambienti di apprendimento con l’utilizzo di materiali di scarto o kit di assemblaggio composti da varie parti, motori e sensori controllabili da computer e software che consentono di programmare il funzionamento dei modelli assemblati. (DIEB, 2021)

La robotica educativa è definita, secondo Lopes (2008) come un insieme di risorse che mira all’apprendimento scientifico e tecnologico integrato con altre aree di conoscenza, utilizzando attività come la progettazione, la costruzione e la programmazione di robot. (LOPES, 2008, p. 46)

Il termine Robotica educativa è utilizzato da Maisonnette (2002) per definire il controllo dei meccanismi elettronici attraverso un computer, trasformandolo in una macchina in grado di interagire con l’ambiente ed eseguire azioni definite da un programma creato dal programmatore a partire da queste interazioni.

È da questo intreccio di definizioni di robotica educativa che il progetto viene guidato, mantenendo una prospettiva di consentire agli studenti di avere un ambiente di apprendimento con l’uso della tecnologia, in particolare con Arduino, con l’obiettivo di sviluppare progetti in modo multidisciplinare al fine di elevare lo spirito investigativo dello studente attraverso una metodologia attiva nella costruzione della conoscenza.

2.2 DIDATTICA E AZIONI EDUCATIVE

Il primo anno del corso è stato offerto solo agli studenti del 6 ° anno di scuola elementare. In considerazione della grande domanda e della limitazione dei posti vacanti c’era la necessità di condurre un test di selezione per gli interessati.

Visto il successo del progetto, già in corso, e con azioni strutturate, il corso è stato offerto per gli altri segmenti della Scuola Elementare II e del Liceo. Le lezioni di robotica vengono insegnate nel periodo domenicale dopo le ultime ore delle lezioni regolari della scuola. In questo modo, i partecipanti al corso rimangono a scuola per le lezioni di robotica che si svolgono due volte a settimana dalle 17:4.m 0 alle 19.m:00 durante tutto il periodo dell’anno scolastico. Il progetto ha assunto una grande dimensione nella scuola, tanto che dal 2018 è stato necessario rendere disponibili più orari per le classi e così strutturare due classi, una il lunedì e il mercoledì e l’altra la classe il martedì e il giovedì.

Il progetto di Robotica Educativa si basa sull’innovazione, e principalmente sul salvataggio dal desiderio di imparare ed è legato a uno dei segmenti tecnologici in più rapida crescita nella nostra società: la robotica, che rappresenta la sinergia di diverse aree della conoscenza, come l’elettronica, la fisica, la biologia, i sistemi di controllo e l’informatica (SASAHARA; CRUZ, 2007). Nonostante questo pregiudizio multidisciplinare della robotica e il suo uso come elemento motivante per l’insegnamento-apprendimento, è poco utilizzato nelle istituzioni di istruzione pubblica. Queste prospettive confermano il pensiero di Moraes (2010) quando afferma che la robotica educativa può essere il collegamento tra teoria e pratica, al fine di costruire un solido ponte tra l’apprendimento classico e moderno.

In questo contesto, vale la pena menzionare il contenuto del corso. Le classi di progetto di Robotica Educativa hanno carattere teorico-pratico, essendo affrontate agli aspetti teorici di una determinata materia e quindi svolte esperimenti pratici. La struttura ha 4 assi di allenamento:

Tabella 1 – Aree di studio e contenuti del corso di robotica educativa

AREA DI STUDIO CONTENUTO
ELETTRONICA Concetti elettrici; componenti elettronici; motori elettrici, sensori e semplice progettazione di circuiti con protoboard.
LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE Logica di programmazione, algoritmi pseudocodici e implementazioni di codice in linguaggio C, che è la base per la programmazione del microcontrollore della piattaforma Arduino. Introduzione alla programmazione con Arduino; componenti di un programma: creazione di variabili, comandi di selezione e ripetizione, modularizzazione.
ARDUINO Piattaforma gratuita e a basso costo. Arduino è un minicomputer in grado di elaborare informazioni di input e output tra altri dispositivi o componenti. Concetti di microcontrollore; introduzione alla piastra di prototipazione Arduino; porte in entrata e in uscita; porte analogiche e digitali; progetti di circuiti micro controllati.
ROBOTICA Attraverso le integrazioni dei tre assi precedenti il corso permette agli studenti di sviluppare bracci robotici e carrelli robotizzati, imparando dall’assemblaggio meccanico, dalla creazione di circuiti e dalla programmazione della piattaforma Arduino, tutto questo passo dopo passo e in modo facile e professionale.

Fonte: Autorialità propria

3. METODOLOGIA

La metodologia didattica è considerata come una procedura didattica per facilitare il processo di apprendimento. La metodologia attiva, d’altra parte, è un processo ampio e ha come caratteristica principale l’inserimento dello studente / studente come principale agente responsabile del loro apprendimento, impegnandosi nel loro apprendimento.

Lima (2016) definisce che

as metodologias ativas promovem pró-atividade, comprometimento no processo educacional e vinculação da aprendizagem aos aspectos significativos da realidade. A robótica educacional entra nesta perspectiva como um instrumento a ser utilizado em promoção de um processo de aprendizagem dinâmico e ativo. (LIMA, 2016, p. 421)

Nel Progetto di Robotica Educativa, il docente utilizza la metodologia attiva, perché i temi affrontati durante il corso, in particolare i contenuti del linguaggio di programmazione, l’analisi e l’assemblaggio di circuiti elettrici e l’assemblaggio e la sperimentazione di dispositivi robotici richiedono da parte di studenti e docenti una postura, che è opposta alle metodologie in cui lo studente partecipa alle lezioni come mero spettatore e non interagisce in modo significativo nel processo di apprendimento didattico.

Camargo e Daros (2018) affermano che:

as metodologias ativas são um conjunto de atividades organizadas, com a presença marcante da intencionalidade educativa. Os estudantes deixam de ser agentes passivos (que apenas escuta) e passam a ser membros ativos no processo de aprendizagem por meio de estratégias pedagógicas que estimulam a apropriação, a produção do conhecimento e a análise de problemas. (CAMARGO e DAROS, 2018)

Tuttavia, nella metodologia attiva lo studente diventa protagonista nel processo di costruzione delle sue conoscenze, essendo responsabile della sua traiettoria e del raggiungimento dei suoi obiettivi, in cui deve essere in grado di autogestire il suo processo di formazione con o senza intermediazione dell’insegnante.

4. ATTIVITA’ SVILUPPATE

Al fine di spiegare le azioni sviluppate durante il Progetto di Robotica Educativa[2], la seguente tabella illustra l’attuazione delle azioni con gli studenti che hanno partecipato al progetto presso il Liceo statale Sete de Setembro.

Tabella 2 – Implementazione delle azioni del Progetto di Robotica Educativa

Fonte: Autorialità propria

5. PARTECIPAZIONE AD EVENTI

Il Progetto di Robotica Educativa ha partecipato ad una fiera – FECIBA, e in questa occasione è stato possibile esporre e realizzare scambi culturali, sia tra le scuole partecipanti, sia partecipare alla competizione tra le esperienze, che sono state guidate dai docenti per stimolare la creazione e la strutturazione della ricerca scientifica nell’Educazione di Base, come è il sito web dell’evento.

Un punto da esplicitare è che oltre alla concorrenza, la strategia di insegnamento deve essere basata sulla cooperazione. L’interesse è anche quello di stimolare la cooperazione per rafforzare una rete di giovani ricercatori e dei loro consulenti. (FECIBA, 2020)

Il MNR – Mostra Nazionale di Robotica[3] è una mostra scientifica che cerca di stimolare lo studio e la ricerca nella robotica. Si rivolge a studenti delle scuole elementari, superiori, tecnici e universitari, laureati o ricercatori della zona. (MNR, 2015)

Gli obiettivi della Mostra mirano a promuovere e valorizzare interdisciplinari, collaborativi, investigativi e focalizzati sulla sperimentazione e l’innovazione; oltre a incoraggiare i giovani a carriere scientifiche e tecnologiche, valorizzando le opere che hanno sviluppato, al fine di generare migliori condizioni per il loro miglioramento tecnico e personale, come definito dal sito web dell’evento. (MNR, 2015)

Riunire i giovani nello stesso scopo fornisce questo scambio e miglioramento di nuovi progetti, con idee e tecnologie che arriveranno.

La Mostra ha, quindi, questo scopo, quello di diffondere la scienza e la tecnologia alla società brasiliana, in particolare i progressi tecnologici e scientifici nel campo della robotica, dell’automazione e dell’ingegneria.

Sia in Fiera che in Mostra, gli studenti hanno partecipato con il progetto dispositivo robotico a supporto dei Non vedenti, il cui obiettivo era lo sviluppo di un prototipo robotico, con tecnologia Arduino, che permetta agli ipovedenti di muoversi autonomamente e senza l’uso di un bastone, al fine di fornirgli qualità di vita.

6. RISULTATI

Gli studenti si sono resi conto che il bastone utilizzato dagli ipovedenti ha una certa limitazione, come non essere in grado di rilevare ostacoli sopra l’altezza della vita, che possono causare incidenti. E in alternativa a questo ostacolo, hanno proposto di implementare un dispositivo robotico, con tecnologia Arduino, che permette ai non vedenti una maggiore autonomia per spostare le strade in sicurezza.

Pertanto, gli studenti dovevano, prima dell’attuazione del progetto, passare attraverso due assi di formazione, essendo loro: studiare i principi teorici e pratici dell’elettronica come il circuito elettrico; componenti elettronici; protoboard; motori elettrici e tipi di motori (corrente continua, passo e servomotore); sensori (infrarossi, luce, temperatura e ultrasuoni).

Parallelamente, viene effettuata la formazione per sviluppare programmi utilizzando il linguaggio di programmazione C / C ++. In considerazione di questo linguaggio, sono stati elaborati i principali concetti di programmazione come variabile, tipo di dati, operatore, funzione e strutture di controllo.

Dopo questi approfondimenti teorici in questa fase, abbiamo iniziato a realizzare piccoli progetti di robotica come: semafori intelligenti e opere che coinvolgono i più svariati sensori e dispositivi dell’elettronica e di Arduino.

Dopo questa immersione teorica e pratica della tecnologia Arduino, è che abbiamo iniziato a costruire, programmare e testare il dispositivo robotico. Tuttavia, data la complessità del progetto, sono state suggerite nuove implementazioni dagli studenti per rendere il dispositivo dotato di più risorse e sensori, consentendo ai non vedenti una maggiore autonomia di andare e venire e di conseguenza migliorare la loro qualità di vita.

7. CONSIDERAZIONI FINALI

L’uso della robotica educativa ha permesso agli studenti di mettere in relazione la teoria con la pratica e, quindi, di sperimentare la conoscenza in modo più concreto, con maggiore efficacia nel processo di insegnamento-apprendimento.

In questa proposta, lo studente trova nella pratica pedagogica con la robotica educativa con tecnologia Arduino, un modo di comprendere i concetti che prima sembravano astratti e di ridisegnare in modo più pratico. Questo perché gli studenti diventano protagonisti del processo di apprendimento, una percezione rafforzata dalla teoria costruzionista di Papert (2008), considerando che ognuno diventa responsabile del proprio apprendimento mentre costruisce qualcosa di nuovo.

L’insegnamento della robotica permette allo studente di interagire con diverse strutture, operando sul concreto, agendo, esplorando, guardando, sperimentando, attribuendo significato, testando le proprie ipotesi e, infine, traendo conclusioni. Questa concezione è fortemente legata alla metodologia attiva utilizzata, perché gli studenti sono indotti a costruire e programmare robot, e quindi a mettere in pratica un intero arsenale teorico di conoscenze per realizzare l’assemblaggio di un dispositivo robotico.

Pertanto, rispondendo alla domanda guida: è possibile insegnare un corso di robotica nelle scuole pubbliche e quindi ottenere risultati positivi? Si conclude che è possibile ottenere risultati positivi con l’insegnamento della robotica per gli studenti delle scuole pubbliche, considerando che il risultato finale, i dispositivi elaborati sono stati completati, lavorano con soddisfazione e sono stati presentati nelle fiere più rilevanti della robotica a livello nazionale, con rilevanza sociale di aiuto e miglioramento della qualità della vita.

Alla fine di questo processo, si capisce che in ogni momento si impara e i nuovi progetti saranno sempre più estremamente significativi per le future innovazioni tecnologiche.

RIFERIMENTI

CAMARGO, Fausto; DAROS, Thuinie Medeiros Vilela. A sala de aula inovadora: 9 estratégias pedagógicas para o aprendizado ativo. Porto Alegre: Penso, 2018.

CORULLÓN, Mónica Beatriz Galiano. Voluntariado na empresa: gestão eficiente da participação cidadã. São Paulo: Peirópolis, 2002.

DRUCKER, Peter. Administração de organizações sem fins lucrativos. São Paulo: Pioneira, 1997.

FEIRA de Ciências da Bahia – FECIBA. In: Governo do Estado. Estudantes educação. Disponível em:<http://estudantes.educacao.ba.gov.br/feciba> Acesso em: 12 nov. 2021.

FEIRA de Ciências da Bahia – FECIBA. Progestão: Programa de Capacitação de gestores. c2013. Disponível em: <https://cevogba.blogspot.com/2014/05/programa-ciencia-na-escola-iv-feciba> Acesso em: 12 nov. 2021.

LIMA, Valéria Vernaschi. Espiral construtivista: uma metodologia ativa de ensino-aprendizagem. Interface-Comunicação, Saúde, Educação, v. 21, p. 421-434, 2016.

LOPES, Daniel de Queiroz. A exploração de modelos e os níveis de abstração nas construções criativas com robótica educacional. 2008. 326f. Tese de Doutorado em Informática na Educação – CINED, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008.

LOVATO, Flora. Voluntário, sinônimo de participação? Grandes empresas investindo no desenvolvimento social. São Paulo: AIESEC-FGV, 1996.

MAISONNETTE, Roger. A utilização dos recursos informatizados a partir de uma relação inventiva com a máquina: a robótica educativa. In: Proinfo – Programa Nacional de Informática na Educação – Paraná. Disponível em: <www.proinfo.gov.br>. Acesso em: 15 jun. 2002.

METODOLOGIAS ativas. In: WIKIPÉDIA: a enciclopédia livre. Wikipedia, 2006. Disponível em <https://pt.wikipedia.org/wiki/Metodologia_ativa > Acesso em: 07 nov. 2021.

METODOLOGIAS ativas. In: BLOG LYCEUM: Conhecimento Desenvolvendo a Educação. Disponível em: <https://blog.lyceum.com.br/metodologias-ativas-de-aprendizagem/>Acesso em: 07 nov. 2021.

MORAES, M. C. Robótica Educacional: socializando e produzindo conhecimentos matemáticos. 2010, 144f. Dissertação de Mestrado Programa de Pós-Graduação Educação em Ciências) – Universidade Federal do Rio Grande, FURG, 2010. Disponível em: <https://periodicos.ifpb.edu.br/index.php/praxis/article/download/1425/641> Acesso em: 21 out. 2021.

MOSTRA Nacional de Robótica – MNR: Uma iniciativa pública, gratuita e sem fins lucrativos. O que é a MNR? 2021. Disponível em: <http://www.mnr.org.br/anais/> Acesso em 12 nov. c2021.

NOEMI, Débora.  A importância da robótica na rotina de aprendizagem. Escolas Disruptivas. São Paulo. 24 mai. 2019. Disponível em: <https:// https://escolasdisruptivas.com.br/steam/robotica/>. Acesso em: 23 out. 2021.

PAPERT, S. A máquina das crianças: repensando a escola na era da informática. Ed. Rev. Porto Alegre: Artmed, 2008.

ROBÓTICA EDUCACIONAL. In: Dicionário interativo da educação brasileira. Agência Educa Brasil. Disponível em: https://www.educabrasil.com.br/robotica-educacional/. Acesso em: 23 out. 2021.

SASAHARA, L. R.; CRUZ, S. M. Hajime. Uma nova abordagem em robótica educacional. In: CONGRESSO DA SBPC, p. 27, 2007, Rio de Janeiro. Anais. Rio de Janeiro, 1242007. Disponível em: <https://periodicos.ifpb.edu.br/index.php/praxis/article/download/1425/641> Acesso em: 21 out. 2021.

RIFERIMENTO – NOTA A PIEDI

[2] Projeto Robótica Educacional.

[3] MNR – Mostra Nacional de Robótica.

[1] Master professionale in Matematica presso l’Università Federale di Vale do São Francisco (UNIVASF), Lato Sensu Specializzazione in Media nell’Educazione, presso l’Università Statale del Sud-Ovest di Bahia (UESB); Laurea in Matematica presso l’Università Federale di Bahia – UFBA; Laurea in Analisi dei Sistemi presso l’Università Statale di Bahia – UNEB; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1376-7107.

Inviato: Novembre, 2021.

Approvato: Dicembre 2021.

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