ENSINO DE PROGRAMAÇÃO ATRAVÉS DA ROBÓTICA

^[1]EIXO: Responsabilidade Educativa

ROBÔ FUN - ENSINO DE PROGRAMAÇÃO ATRAVÉS DA ROBÓTICA

Tomás Abril¹, Yago Araujo Garcia², César Augusto Tacla³

Resumo

Neste Artigo será discutido sobre o projeto Robô Fun. Este foi criado e implementado pelo grupo PET de Engenharia da Computação da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. No projeto são utilizados robôs e uma interface de programação em fluxograma, chamado de JIFI. Os dois foram projetados e implementados pelo próprio pet. Os robôs são de pequeno porte com dois sensores, os quais são utilizados nas aulas para resolução dos desafios propostos para os alunos. O projeto foi criado com a intenção de motivar e ensinar programação e robótica aos alunos, sendo eles tanto calouros da graduação como alunos do ensino médio.

 

Palavras-chave: RoboF, JIFI, programação, robô, ensino.

Introdução
No projeto Robô Fun (RoboF) são usados robôs que recebem comandos de uma interface de programação chamada JIFI. Tanto o hardware quanto o software do RoboF foram projetados e implementados pelo grupo PET desde 2012, sendo atualmente a terceira geração, com mais de oito robôs construídos, e sendo planejada a construção da quarta.

Os robôs construídos são de pequeno porte e contêm duas rodas, dois motores, dois sensores, uma placa arduino e um módulo de comunicação por rádio frequência. O primeiro sensor é utilizado para reconhecer linhas no chão (faixas pretas) e o segundo é um sensor de proximidade para o robô detectar quando está muito próximo de um objeto, assim os desafios propostos para os alunos foram criados com base nestes dois componentes.

Os desafios são diversos e variados, vão desde desafios para manter o robô na linha, seguindo um caminho até um ponto de chegada, até desafios mais complexos, como uma pista de obstáculos, construída com papelão, pela qual o robô deve atravessar sem bater.

O contato prático dos alunos com programação, por meio do qual eles podem ver o resultado concreto de seus esforços nos robôs, os motiva a perseverar no curso de graduação. E para os alunos do ensino médio, os incentiva a pensar na possibilidade de seguir uma carreira na área de tecnologia.

Para o ensino de programação, foi criado um ambiente de programação chamado JIFI. É um ambiente interativo usado para controlar o robô. A programação é feita por meio de fluxogramas, uma linguagem visual, ou seja, ao invés de digitar os alunos “desenham” o código com os comandos para o robô através da construção de fluxogramas. Além disto, o JIFI contém uma ferramenta de simulação na qual os alunos podem testar seus códigos antes de mandarem para o robô.

Ao utilizar o robô como um artefato de ensino e aprendizagem, o projeto tenta aumentar a confiança e o interesse por programação e robótica, sendo esta também uma tentativa de ajudar na diminuição da evasão e chamar a atenção dos alunos de ensino médio para os cursos de graduação voltados para tecnologia.

O projeto tenta prender sua atenção e provocar sua curiosidade sobre o curso e os projetos que nele são criados e implementados. Ainda o fato de programação ser ensinada pode ajudar alunos calouros com as matérias de programação do curso, dando a eles uma introdução e até mesmo um reforço sobre o assunto.

Metodologia
Um questionário sobre o nível motivacional foi desenvolvido baseado no trabalho de McGill [1]. O questionário consiste em uma parte aplicada antes da primeira aula e outra parte após o término das aulas. A primeira parte busca analisar componentes da motivação que levaram os alunos a buscar o curso e a autopercepção do seu perfil em relação a programação, robótica e lógica.

A segunda parte do questionário busca analisar os componentes da motivação após o contato com a plataforma de ensino. Com a comparação dos dados de antes e depois podemos analisar se as expectativas iniciais dos alunos foram alcançadas e de que maneira.

As questões presentes no questionário utilizam a escala de Likert e envolvem os componentes motivacionais de: atenção, satisfação, confiança e relevância. Os alunos também foram indagados sobre expectativas futuras envolvendo robótica e programação.

As aulas são estruturadas de uma maneira onde o aprendizado é baseado em projetos. Ou seja, problemas são apresentados aos alunos e estes  procuram por  uma solução, como por exemplo fazer o robô desviar de um obstáculo. Os problemas propostos utilizam estruturas lógicas computacionais como estruturas de controle (if, while), variáveis e acessos ao hardware (ler sensor, acionar motor, etc).

O método de ensino utilizado é conhecido como Project Based Learning (Aprendizado Baseado em Projetos) ou  Problem Based Learning (Aprendizado Baseado na Resolução de Problemas). Nele os alunos são encorajados a ganharem conhecimentos e habilidades através da resolução de questões, problemas e/ou desafios [2].

Os problemas estão divididos por dificuldade. Os mais simples precisam de apenas instruções sequenciais para ser resolvidos e os mais complexos exigem diversas estruturas de programação. Um exemplo de problema mais avançado é programar o robô para que ele atravesse um labirinto seguindo linhas pretas no chão e desviando de paredes. A maioria dos problemas possuem várias soluções possíveis.

 

Resultados e discussão

As respostas dos formulários pré e pós curso estão resumidas nas Tabela 1 e Tabela 2.

Pré curso		Média [%]
Atenção	A oportunidade de aprender a programar robôs chamou a minha atenção.	95,06
	A oportunidade de desenvolver minhas habilidades com programação chamou a minha atenção.	92,03
Relevância	Aprender a programar com o robô será importante para aprender a programar com eficiência.	86,05
	Está claro para mim como usar os robôs me ensinará a programar melhor.	76,78
	Eu vejo muita utilidade em usar os robôs para aprender a programar melhor.	83,68
Confiança	Já que esse curso usa robôs, estou confiante que terminarei o curso.	78,81
	Programar robôs aparenta ser intimidador. (invertido)	64,76
	Considero que tenho bom raciocínio lógico.	73,77
Interesse	Eu tenho muito interesse em robótica.	82,4
	Eu tenho muito interesse em programação.	79,9
Pós curso		Média [%]
Atenção	Aprender a programar com os robôs estimulou a minha criatividade.	87,7
	O trabalho realizado para aprender a programar manteve a minha atenção.	83,7
	Os vários usos do robô me ajudaram a manter a atenção.	85,5
	Usar o robô para aprender a programar me fez sentir recompensado pelo esforço.	83,1
	Eu gostaria de saber mais sobre o robô.	97,5
Relevância	Aprender a programar com o robô foi importante para aprender a programar efetivamente.	74,9
	Eu vejo muita utilidade em usar os robôs para aprender a programar.	80,7
	Há histórias, materiais e exemplos suficientes que me mostraram como programar com robôs pode ser importante para pessoas que estão aprendendo a programar.	78,0
Confiança	Eu pude entender boa parte do material usado para aprender como programar com o robô.	84,3
	Os exercícios com o robô eram muito difíceis. (invertido)	73,9
	Aprender a programar com o robô foi fácil e também foi fácil de lembrar os pontos importantes sobre como usá-lo.	76,3
	Aprender a programar com o robô foi tão abstrato que foi difícil manter a minha atenção. (invertido)	90,5
	Programar os robôs é intimidador. (invertido)	86,3
	Estou confiante que terei sucesso em cursos que necessitem programação	84,6
Interesse	Tenho interesse em cursar alguma engenharia	77,2
	Tenho interesse em cursar engenharia da computação.	70,5
	Estou ansioso para fazer novos cursos envolvendo robôs	94,1
	Estou ansioso para fazer cursos que necessitem programação	87,5
Satisfação	A grande quantidade de repetição ao usar o robô para aprender a programar me deixou entediado. (valor invertido)	90,7
	Gostei de aprender a programar usando o robô	95,9

Tabela 1.