UMA PLATAFORMA BASEADA NA WEB PARA ENSINO ORIENTADO A EXPERIMENTOS

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1 UMA PLATAFORMA BASEADA NA WEB PARA ENSINO ORIENTADO A EXPERIMENTOS SOUZA, C. P., COSTA FILHO, J. T. Departamento de Engenharia Eléctrica Universidade Federal do Maranhão Avenida dos Portugueses, Campus do Bacanga São Luís MA, Brasil Departamento de Engenharia Eléctrica Universidade Federal do Maranhão Avenida dos Portugueses, Campus do Bacanga São Luís MA, Brasil Resumo Este trabalho propõe um laboratório de acesso remoto para realizar experimentos via Internet, possibilitando a disseminação de informações técnicas e científicas, de modo a fornecer um novo recurso ao ensino à distância ou no apoio ao ensino tradicional. Neste contexto, desenvolveu-se uma nova ferramenta tecnológica, chamada LabNet, no sentido de disponibilizar ao aluno a possibilidade de manipular e visualizar respostas on line de experimentos monitorados e controlados por uma estação de aquisição de dados e que poderá ser utilizada em diversos tipos de áreas, tais como: engenharia, química, física, biologia, metrologia, enfim, onde é possível ativar processos e colectar dados. 1. Introdução Abstract In this work a laboratory of remote access is proposed to perform experiments using the Internet in order to facilitate the propagation of technical and scientific information and provide a new resource to the long distance learning or in supporting to the traditional education. In this context, a new technological tool, called LabNet, was developed to give the students the possibility of manipulating and visualizing responses on line of monitored experiments and controlled by a data acquisition station. It can be used in several kinds of areas, such as: engineering, chemistry, physics, biology, metrology and etc., wherever it is possible to activate processes and to collect data. Palavras- chave : Tecnologia educacional, Educação a Distância, Laboratório Baseado na Internet, Experimentos Científicos. A longevidade do treinamento em laboratório recebido por um estudante e a grande influência deste treinamento na sua prática profissional obriga os cursos a serem pioneiros no uso de novas tecnologias no auxílio da aprendizagem. Nossa experiência com práticas de laboratório indica que os estudantes que já possuem um conhecimento básico teórico parecem depender fundamentalmente da realização de experimentos continuados para suprir seus problemas conceituais e estimular sua capacidade inventiva. Para uma melhor qualidade e maior frequência na elaboração e realização de experimentos, os laboratórios exigiriam uma maior infra-estrutura de assistência de suporte material e docente com custos operacionais, muitas vezes proibitivos, proporcionais ao aumento da demanda discente. A constatação de tais problemas

2 práticos nos levou, a partir dos resultados efectivos de nossa prática laboratorial dentro do princípio geral do Learning by Doing, aliados à pressão de estudantes que reivindicam a realização de experimentos, a considerar a possibilidade de, aplicando essa mesma orientação, propor um laboratório de acesso remoto pelos estudantes via Internet. A questão, portanto, é viabilizar um canal directo de interacção entre os estudantes e os experimentos através de uma estação digital inteligente[1]. Neste contexto, este trabalho propõe e descreve uma nova ferramenta didáctica tecnológica, chamada LabNet, que possibilita aos estudantes a realização de experimentos remotamente e praticados em qualquer horário. O LabNet almeja ser uma contribuição à educação a distância e consiste essencialmente em disponibilizar ao aluno, através da Internet, a possibilidade de manipular e visualizar experiências monitoradas e controladas por uma estação de aquisição de dados. A figura 1 mostra o escopo das possíveis aplicações desta ferramenta. 2. Estrutura do LabNet Fig. 1 Possibilidade de Uso do LabNet O primeiro passo na implementação do LabNet foi o desenvolvimento de estações de aquisição de dados[1], visto na fig. 2, que permitissem a aquisição de dados e por conseguinte a realização de experimentos por meio de um computador. Nestas estações ocorrem o accionamento e o monitorização dos experimentos, que são caracterizados pela simplicidade construtiva, robustez e aos baixos custos envolvidos. Fig.2 Estação de Experimentos

3 As Estações de Experimentos tem o intuito de facilitar o interfaceamento, com o computador, de vários dispositivos como: conversores D/A e A/D, atuadores, sensores, instrumentos. Tecnicamente, uma estação de experimentos é um sistema de aquisição de dados de 8 bits e permite a interface de até 256 dispositivos de entrada ou de saída de dados. O LabNet utiliza a Internet para prover o intercâmbio de informações entre os estudantes e as estações de experimentos, vistas na figura 3. Deste modo o estudante poderá enviar dados para a estação, realizar um experimento previamente implementado e receber imagens, gráficos, áudio de acordo com a realidade do processo. Estações de experimentos podem ser projectadas para atender experimentos em engenharia, física, química, ou qualquer área da ciência onde é possível realizar aquisição de dados por sensores ou medidores. É importante salientar que o tempo real do experimento é preservado, pois todos os procedimentos de aquisição de dados são realizados na estações de experimentos, sem a influência da taxa de transmissão da conexão do estudante com a Internet. 3. Tecnologias no Desenvolvimento no LabNet Fig. 3 Estrutura do LabNet Para disponibilizar a estação de experimentos para o uso via Internet é necessário um servidor de WWW. O servidor usado foi o Microsoft Personal Web Server que roda no sistema operacional da Microsoft (Windows 95 ou NT). A interacção do usuário com o ambiente LabNet é operacionalizada em ASP[2] e a dinâmica do LabNet para acesso ao hardware (Estação de Experimentos) é realizada por meio de COM (Component Object Model), um modelo utilizado para construir componentes de software, que pode ser um executável (EXE) ou uma biblioteca de ligações dinâmicas (DLL)[3]. Para o desenvolvimento da DLL de acesso ao hardware usou-se o ambiente C++Builder 3.0 e para implementar as imagens, gráficos, áudio dos experimentos usou-se a

4 linguagem JAVA[4]. Na figura 4 ver-se a estrutura da comunicação Cliente (Browser ou Navegador) e experimentos. Fig. 4 Estrutura de Comunicação entre o Estudante (Browser) e os Experimentos 4. Experimento com o LabNet O módulo inicial, elaborado para teste piloto do LabNet, foi composto por experimentos em engenharia eléctrica, ressaltando, inicialmente, a área de automação e controle de processos. A área directamente beneficiada com este experimentos utilizando a tecnologia de Laboratório a Distância é a de cursos técnicos e de engenharia eléctrica. Este laboratório baseado na Web funciona como excelente veículo de treinamento e pesquisa. Como aplicação inicial, realizamos o controle de motor de corrente contínua por computador[5] conforme mostrado na figura 5 onde a Estação de Experimentos está configurada para este experimento. Fig. 5 Experimento em Engenharia: Controle de Motor DC Os procedimentos deste experimento já estão disponibilizados através da Internet através do endereço electrónico O acesso a este endereço electrónico é o ponto de entrada do experimento em questão e é mostrada na figura 6. É solicitado ao estudante informações sobre o procedimento do experimento. Estas informações são enviadas a Estação de Experimentos para a execução da tarefa em questão. Os resultados experimentais são mostrados por meio gráfico em seu navegador.

5 Fig. 6 Tela de Operações do Experimento Após actualizar os dados, clicando no botão Atualizar Dados, o estudante acciona o motor DC clicando no botão Acionar Motor DC e Plotar Gráfico da Resposta. Neste momento as informações de accionamento são enviadas a Estação de Experimentos que processa essas informações e executa o experimento. O estudante visualiza a janela Motor Ligado, mostrada na figura 7, no momento em que o motor estar ligado no laboratório e esta janela é removida no momento em que o motor é desligado, caracterizando deste modo uma certa resposta ao estudante do pragmaticismo do experimento. Fig. 7 Janela Indicando Motor Ligado

6 Os dados da resposta do experimento é mostrado ao estudante como na figura 8. A resposta gráfica proporciona ao estudante uma visualização rápida da resposta do experimento e a partir deste gráfico pode ser realizado também vários estudos e pesquisas. 5. Conclusão Fig. 8 Janela de Resposta Neste trabalho foi proposta uma ferramenta aplicada a experimentos laboratoriais via Internet, chamada LabNet. As linhas de acção do LabNet fundamentam-se em um sistema de aquisição de dados (Estações de Experimentos) de baixo custo e de simples manuseio - capaz de: oferecer meios de realizar experimentos e testes rapidamente; permitir aos estudantes realizar seus experimentos continuamente, em qualquer local; familiarizar o estudante com novas tecnologias; ampliar oportunidades de desenvolvimento de investigações científicas onde os recursos são escassos; reduzir custos na implantação de laboratório (vários estudantes poderão usufruir da estação de experimentos via Internet sem a necessidade de gastos com a construção de diversos módulos didácticos); trazer para a universidade um enorme potencial didáctico- pedagógico; dinamizar o ambiente académico; e estender os espaços educacionais. O web site permite o uso das capacidades do LabNet pelo estudante. 6. Referências [1] Souza, C. P.; Costa Filho, J. T., Ambiente integrado para ensino de automação e controle digital. In: III Congresso Nacional de Engenharia de Controle e Automação (CONET 2000), Porto Alegre. Anais... Porto Alegre, p [2] Homer, A. et Al., Professional Active Server Pages 3.0. Rio de Janeiro. Editora Ciência Moderna Ltda., [3] Thai, Thuan L., Learning DCOM. O Reilly & Associates, [4] Hall, Marty., Core Servlets and JavaServer Pages. Sun Microsystems Press and Prentice Hall, May 2000 [5] Leigh, J. R., Apllied digital control: theory, design and implementation. 2. ed. New Jersey: Prentice Hall, 1992.

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