Número ISBN: Tipo de Suporte: Internet. Santo Ângelo (RS) FuRI

Transcrição

1 UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSÕES CAMPUS DE SANTO ÂNGELO RS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA MESTRADO EM ENSINO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO LYON MURILO PEIXOTO DA SILVA FLÁVIO KIECKOW OBJETO DE APRENDIZAGEM PROAUXES: PROGRAMA DE AUXILIO AO ENSINO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS Número ISBN: Tipo de Suporte: Internet Santo Ângelo (RS) FuRI Maio de 2018

2 LYON MURILO PEIXOTO DA SILVA OBJETO DE APRENDIZAGEM PROAUXES: PROGRAMA DE AUXILIO AO ENSINO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS Produto Educacional apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Ensino científico e Tecnológico para obtenção do título de Mestre em Ensino Científico e Tecnológico. Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões URI Campus de Santo Ângelo. Departamento de Ciências Exatas e da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ensino Científico e Tecnológico Mestrado. Orientador: Prof. Dr. Flávio Kieckow Santo Ângelo (RS) Maio de 2018

3 OBJETO DE APRENDIZAGEM PROAUXES Este foi o produto final da dissertação de mestrado intitulada Desenvolvimento E Aplicação De Software De Auxílio Ao Ensino Em Ciência Dos Materiais. Foi criado um objeto de aprendizagem para auxílio na aprendizagem das disciplinas de Ciência e Engenharia dos Materiais, chamado C (PROAUXES). A ferramenta foi desenvolvida na plataforma do excel avançado, com a programação do Visual Basic for Aplication (VBA). Esta plataforma foi escolhida pela relativa facilidade de programação, e também pela facilidade de operação dos usuários finais, sendo estes, os alunos e os professores envolvidos nas disciplinas supracitadas. O ensino nas engenharias caracteriza-se por ser tecnicista. Neste modelo o professor tem o papel de portador de todo o conhecimento e a aprendizagem do conteúdo depende da boa vontade do aluno. Não se leva em consideração, as dificuldades individuais de cada aluno, as potencialidades significativas de materiais didáticos e metodologias de ensino para potencializar a aprendizagem. O PROAUXES traz para a sala de aula alguns aspectos que estejam alinhados com a concepção moderna de ensino. Onde o aluno tem liberdade para reflexão, uma busca pelo aprender, sendo um ente ativo na construção do conhecimento. Não mais como um receptor passivo das informações, mas sim, como ser ativo no processo. Devido ao importante papel que as disciplinas de Materiais desempenham nas atividades de um Engenheiro, optou-se por desenvolver uma ferramenta que atuasse na fixação destes conteúdos, onde a interdisciplinaridade ocorresse de forma que os conceitos fundamentais das disciplinas Ciência e Engenharia dos Materiais fossem entendidas como um só bloco de conhecimento. O objetivo central do desenvolvimento deste aplicativo, é permitir uma visualização e uma interação dos alunos com os conteúdos das disciplinas de materiais. Essa interação com o aplicativo possibilita uma aprendizagem não-linear, já que a navegação permite uma alternância de conteúdo, podendo-se migrar de um assunto ao outro, aleatoriamente. No entanto, esta alternância entre conteúdos não se dá de forma irresponsável, pois toda a navegação do aplicativo está estruturada em um mapa conceitual das

4 disciplinas Ciência e Engenharia dos Materiais, onde foram verificadas as correlações entre os conceitos e conteúdos destas disciplinas. Estas correlações se apresentam na interface do software, como links de navegação. A fundamentação do desenvolvimento do programa em um mapa conceitual, se dá pelo fato de que um software educativo, necessariamente deve estar ligado à alguma teoria cognitiva. Assim busca-se garantir que a aprendizagem significativa ocorra enquanto o programa for utilizado. Como metodologia de recepção de conteúdo, o aplicativo foi desenvolvido usando a Descoberta Guiada, onde o usuário tem certa liberdade para escolha do que se deseja estudar, porém, o conteúdo apresentado em cada etapa é fixo, ou seja, apesar de navegar aleatoriamente entre diferentes blocos de conteúdo, o conteúdo apresentado em cada bloco, não se modifica. Devido às características do software, ele pode ser classificado como uma mescla de tutorial e de aplicativo. As características de tutor são a imutabilidade dos conteúdos, e textos pré-fixados, e de aplicativo, pois foi desenvolvido em uma plataforma que não necessariamente teria como função, a transmissão de conhecimento, neste caso, o Excel. Como benefícios para os alunos, podemos destacar a possibilidade de interação com os conteúdos, que ocorre na escolha pelos tópicos que se deseja estudar, na escolha dos caminhos para navegação e na interação com gráficos. Assim, é possível dinamizar a aula, desprendendo o aluno do livro-texto e possibilitando uma visualização dinâmica dos conteúdos. Para os usuários professores, pode-se destacar a possibilidade de ministrar as aulas abordando os conteúdos por uma perspectiva diferente, voltada para a interação com o conteúdo. No entanto, o aplicativo é uma ferramenta auxiliar do professor, já que, para um melhor uso e experiência com o software, é recomendável que haja uma introdução dos conteúdos pelo professor. Assim, a estrutura cognitiva dos alunos, criará as bases para uma melhor assimilação do conteúdo. A seguir sugere-se três atividades para o uso do aplicativo em sala de aula, como auxiliar didático nas disciplinas citadas. O link no portal EDUCAPES para baixar o software PROAUXES é:

5 ATIVIDADE 1 COMO INSTIGADOR DO ENTENDIMENTO DOS CONCEITOS BÁSICOS DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS Essa atividade pode ser utilizada como uma aula introdutória ou como uma reflexão sobre o entendimento de conceitos gerais da Ciência dos Materiais. O PROAUXES seria muito útil nesta proposta. Toda a concepção do aplicativo teve como fundamento estrutural a criação de um mapa conceitual sobre os conteúdos das disciplinas de Ciência e Engenharia dos Materiais. Com isso, a navegação entre as janelas do programa, se dá através de links entre diferentes partes do conteúdo. Para cada ícone, há uma imagem correspondente, e cada imagem representa um conceito diferente. No entanto, os pontos em comum, entre essas diferentes partes não está explícito. Desta forma, a atividade proposta, deve instigar os alunos a encontrar estes eles de ligação em comum, e de que forma os conteúdos se relacionam. Para exemplo de aplicabilidade, pode ser utilizado os ícones apresentados na janela onde se apresentam os Ferros Fundidos. Na imagem da figura 1 visualiza-se os ícones e o que cada um representa (indicado pela seta). Um caminho sugerido poderia ser: Tela Inicial Processo Diagrama Fe-Fe3C Ferros Fundidos. Figura 1- Atividade 1 Para a atividade propõe-se que os alunos dividam-se em cinco grupos (em função dos 5 assuntos identificados na janela), e que os integrantes de cada grupo discutam, reflitam e tirem suas conclusões sobre os pontos em comum, ou de como os cinco conteúdos (representados pelos ícones) interagem ou se relacionam com os Ferros Fundidos, por exemplo.

6 Os alunos terão o próprio aplicativo como fonte de pesquisa, uma vez que, cada ícone irá expor um bloco de conhecimento, e através da interpretação do conteúdo apresentado, se dará a percepção sobre a interação entre as partes. Então, após a discussão interna dos grupos, estes deverão expor suas conclusões para o grande grupo. Onde o professor, fará a mediação, corrigindo ou reforçando os conceitos apresentados. ATIVIDADE 2 ESTUDO DE DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE LIGAS BINÁRIAS. A atividade proposta com o auxílio do PROAUXES visa a manipulação de Diagramas binários isomorfos, variando a liga e a temperatura, para compreender a combinação de fases na solidificação, a variação da composição química dessas fases e a quantidade das fases presentes pela aplicação da regra da alavanca. O professor trabalha os conceitos inicialmente, e depois, elabora atividades dirigidas para os alunos realizarem com o PROAUXES. O recurso de visualização trata- -se de uma liga binária Cobre (Cu) e Níquel (Ni), com solubilidade completa dos elementos, figura 2. A prática interativa e visual irá potencializar a aprendizagem e a construção do conhecimento. Para acessar a página, deve-se seguir o caminho: Tela Inicial Processo Diagrama Binário. Figura 2- Atividade 2 Para a imputação dos dados de entrada, é preciso preencher as lacunas à esquerda e parte superior da página, destaque em vermelho na figura 3. Se deve preencher, a

7 porcentagem geral de Níquel e a temperatura. Definido este ponto, encontra-se os pontos das linhas sólidus e líquidus com a linha de temperatura. Nos outros campos, destacados em azul, aparecerão os dados de saída, sendo estes, o gráfico, e as composições da liga, figura 3. Figura 3 Conferência de Dados Como atividade para os alunos, propõe-se calcular diferentes composições de liga, dentro da área compreendida entre as linhas sólidus e líquidus. Para estes cálculos, não se deve usar o aplicativo, mas sim, executá-los de forma manual, com a mouse. Neste caso, o aplicativo PROAUXES, serviria como referência para a conferência dos cálculos, e também para visualização e interação com o gráfico. ATIVIDADE 3 ESTUDO DAS MICROESTRUTURAS DOS AÇOS E FERROS FUNDIDOS NO DIAGRAMA Fe-Fe3C Esta atividade tem como objetivo instigar o aluno a buscar o entendimento da formação micro estrutural das diferentes ligas Ferro-Carbono, através da interação com a PROAUXES, manipulando o Diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C. O aplicativo possui o recurso de alteração dos diferentes pontos de análise do diagrama, tendo como dados de entrada o percentual de carbono na liga e a temperatura da análise. A saída das informações daquele ponto escolhido fornece a estrutura cristalina, a micro estrutura e a metalografia final à temperatura ambiente. A importância deste aprendizado, se dá pela necessidade do engenheiro mecânico conhecer o processo de obtenção de diferentes materiais, bem como a sua aplicabilidade. O professor deve apresentar o diagrama em questão, pelo aplicativo, ele será encontrado no caminho: Tela Inicial Processo Diagrama Fe-Fe3C. Para a sua visualização deve-se imputar um ponto de análise. Como exemplo, a figura 4 ilustra um aço eutetóide. Imputou-se os pontos: % Carbono: 0,8 e Temperatura: 1250C. Dados de entrada destacados em vermelho, e em azul os dados de saída.

8 Figura 4- Inserir Dados Nesta atividade sugerida, é possível trabalhar as reações no campo dos ferros fundidos, no entorno do eutético, visualizando a estrutura dos ferros fundidos brancos. Como o aplicativo apresenta as características de um ponto qualquer determinado, e do material resfriado. Pode-se instigar o aluno a entender quais transformações e fases que o material foi submetido. Para o exemplo, far-se-á a análise de um aço com 1% de carbono, na faixa de temperatura de 1500C. Ver figura 5. Figura 5 - Atividade 3 Além do gráfico, os dados de saída do aplicativo indicam que para esta temperatura, a liga apresenta-se em estado líquido, e no estado sólido, a temperatura ambiente, vai apresentar a estrutura: Fe3C + Perlita Proeutetóide.

9 Para que se entenda o processo pelo qual este aço passou, é preciso que se analise diferentes pontos do processo de resfriamento. Para isso, deve-se analisar também os pontos com faixas de temperatura de 1400 ºC, 1000ºC, 750ºC e 50ºC. A intervenção do professor é importante para ir conduzindo o aprendizado dos alunos. Caberá ao professor determinar diferentes ligas (com diferentes porcentagens de carbono) para que os alunos analisem e estruturem o processo de resfriamento destes materiais. Pode-se inclusive trabalhar com o conceito da reação eutética e as ligas de ferro fundido branco que é possível analisar a partir desse diagrama.