WebLab um laboratório de acesso remoto controlado através da Internet. Um estudo de caso na Logística

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1 WebLab um laboratório de acesso remoto controlado através da Internet. Um estudo de caso na Logística Fretz Sievers Junior 1,2,3,4,5,6, Jose Silvério Edmundo Germano 2, José M. Parente de Oliveira 1, Bruno Panccioni 3, Nizi Voltareli Morzelli 4, Telma Mafra 4 1 ITA Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Departamento de Eng. Elet. e Computação Pç Marechal Eduardo Gomes, n 50, Campus do CTA, , São José dos Campos SP - Brasil 2 ITA Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Departamento de Física IEFF, Pç Marechal Eduardo Gomes, n 50, Campus do CTA, , São José dos Campos SP - Brasil 3 FATEC Mogi das Cruzes, Departamento de Análise e Desenvolvimento de Sistemas, Rua Carlos Barattino, 01 - Vila Nova Mogilar, Mogi das Cruzes/SP - Brasil 4 FATEC Mauá, Departamento de Informática e Negócios, Av. Antônia Rosa Fioravanti, Vila Ana Maria, , Mauá/SP Brasil 5 UNISUZ Faculdade Unida de Suzano, Departamento de Sistemas de Informação, Rua José Correia Gonçalves, 57 - Centro - Suzano - SP 6 UBC Universidade de Braz Cubas, Departamento de Ciência da Computação, Av. Francisco Rodrigues Filho, 1233 Mogilar, Mogi das Cruzes/SP - Cep: Resumo. Este artigo apresenta um ambiente que apóia a prática laboratorial de ensino de e Logística, através de laboratórios remotos. Os laboratórios remotos estão cada vez mais sendo desenvolvidos para proporcionarem aos alunos acesso via Web em laboratórios de experimentos reais. Eles aumentam a acessibilidade por várias instituições que não possuem o ensino via prática laboratorial, em contrapartida há críticas que os laboratórios de acesso remoto reduzem a interação entre os alunos. Defendemos que este problema pode ser evitado se os laboratórios remotos forem utilizados de forma adequada como qualquer outro método pedagógico. Palavras Chaves: Logística, Objetos de Aprendizagem Interativos, Laboratórios Reais, Ambientes Interativos, Ensino a Distância. Abstract: This paper presents an environment that supports the practice of Logistic teaching laboratory, using remote labs. The remote laboratories are increasingly being developed to provide students with access via the Web in real laboratory experiments. The remote access laboratories increase the accessibility of different institutions that do not have on-line learning laboratory practice, however there are criticisms that laboratories remote access reduces the interaction between students. We believe this problem can be avoided if remote labs are used properly like any other teaching method. Keywords: Logistics, Interactive Learning Objects, Real Labs, WebLabs, e- learning

2 1. Introdução Dentro das disciplinas de logística encontra-se a disciplina de modais e intermodais, que são geralmente lecionadas em sala de aula através de quadro negro, ou apresentações em slides, deixando as aulas monótonas e cansativas. Trabalhos que envolvem práticas experimentais são considerados como essenciais (NERSESSIAN, 1991) e podem ter um forte impacto sobre resultados de aprendizagem dos alunos (CLOUGH,2002). Os laboratórios são utilizados para fornecer uma prova de que os princípios teóricos podem ser demonstrados na prática. Quando usado adequadamente, eles podem entusiasmar motivar e inspirar estudantes. Laboratório de ensino requer compromissos de tempo, espaço e financiamento para aquisição, instalação e manutenção de equipamentos e, em seguida acomodações para os alunos. Como o espaço físico é determinante para realização de cortes para limitação do número de vagas nas escolas, podemos propor uma solução ao problema através da utilização de tecnologia para aumentar os recursos didáticos. Segundo (HANSON,2009) objetos de aprendizagem virtuais simulam situações reais através de dados pré-gravados, tem recebido críticas dos alunos e educadores. Algumas simulações apresentam o mesmo resultado, pois não inclui o erro experimental, que pode ser ocasionado pela calibração dos equipamentos. Não propiciam as incertezas de uma experiência real, sendo que essas incertezas são uma rica fonte de estudo e aprendizado, pois o estudante será submetido a um mundo onde poderá encontrar perturbações nos sistemas estudados ou erros de aferição dos equipamentos. Em um Congresso sobre ensino e internet (INTER-UNIVERSITY,2008), os desenvolvedores experientes de simulações, concordaram sobre as dificuldades de criar um programa de computador para simular um processo de forma realista. Assim, o escopo deste artigo será sobre experimentos apenas com hardware. Uma abordagem alternativa é fornecer laboratórios de acesso remoto. Podemos notar o aumento crescente do uso de laboratórios de acesso remoto no exterior, pela crescente disponibilidade e capacidade dos computadores pessoais como é o caso do uso de laboratórios remotos em ciências ambientais e ecológicos (KREHBIEL,2003), mas são encontrados principalmente nos departamento de engenharia, por exemplo química (SELMER,2007), elétrica (LANG,2007) e (LOWE,2009) e mecânica (WEIGHTMAN,2007). A tecnologia que está sendo desenvolvida em um número crescente de instituições de ensino superior e está ramificando para outras disciplinas e para outros níveis de ensino. No Brasil podemos encontrar alguns laboratórios como (KYATERA,2008), e um laboratório para prática remota de aulas Laboratoriais de Física (OLIVEIRA,2009). Muitos laboratórios remotos são acessados por qualquer navegador convencional (WEIGHTMAN,2007), esses recursos proporcionam oportunidades à instituições de todo o mundo para acesso ao equipamento experimental. Alguns usuários e pequenos grupos estão se formando e deram provas do sucesso da colaboração e compartilhamento de recursos sobre limites internacionais (SELMER,2007). Existe um enorme potencial para colaboração e compartilhamento de recursos em escala nacional e internacional. Mas antes dos laboratórios remotos poderem atingir o seu real potencial, várias questões logísticas fundamentais continuam a exigir, tais como: Como as instalações serão financiadas e mantidas? Quem terá acesso e quando? Mais debates são necessários para resolver essas questões e chegar a

3 um consenso sobre os pontos fortes e fracos dos laboratórios remotos e seu lugar no currículo. Atualmente, não existe sequer um acordo sobre o nome da técnica: "Labs Web, WebLabs ou laboratórios de aprendizagem distribuída, Objetos de aprendizagem reais (NICKSON,2006). Há controvérsias em cursos sobre a eficácia dos laboratórios remotos em entregar resultados de aprendizagem, e seus efeitos globais sobre a experiência dos alunos. A maioria dos exemplos de laboratórios remotos hoje são apenas versões remotas dos laboratórios tradicionais e alguns pesquisadores fazem comparações diretas entre os resultados da aprendizagem com os laboratórios tradicionais versus laboratórios remotos. No entanto, houve poucos trabalhos que abordam características específicas da modalidade à distância que pode ser aproveitada para reforçar a aprendizagem. Neste artigo queremos avaliar quais são essas características do ponto de vista pedagógico. Este artigo esta dividido da seguinte forma: na seção 2 apresentamos o ambiente WebLab, na seção 3 apresentamos o modal ferroviário, na seção 4 analisamos a arquitetura pedagógica e propriedades de acesso remoto e por último apresentamos conclusões deste artigo. 2. WebLab Esse modelo inicialmente visava somente à interligação de alguns experimentos de Física, que fazem parte do laboratório de ensino de física utilizado na Divisão Fundamental do ITA. Mostrando resultados satisfatórios, este modelo foi estendido para o ensino na área de Logística tendo como o seu primeiro estudo de caso o modal ferroviário. Através de um servidor, os experimentos são conectados, através de uma rede 485, o qual permite que os alunos tendo acesso ao software cliente de controle dos experimentos, escolham um dos experimentos do WebLab, estes experimentos são monitorados através de webcam que envia as imagens para os alunos. Os experimentos são acessados e compartilhados através da Internet, sendo assim outras instituições do Ensino Superior no Brasil e em países em desenvolvimento, poderão ter acesso a esses experimentos, enriquecendo o conteúdo das aulas, pois possibilitará que um aluno que goste de Física ou Logistica, mas que estude em uma escola onde não exista ensino experimental, realizar as mesmas atividades de um aluno de uma escola bem equipada, com professores qualificados e onde exista o ensino experimental, melhorando a curva de aprendizagem dos alunos. Com a implementação deste projeto queremos atingir os seguintes objetivos: Redução de custos do ensino Universitário, pois nesse modelo não seria mais necessário cada escola ter seu laboratório de Física, diminuindo custos de manutenção; Capacitação de um número maior de alunos; Capacitar os alunos a agirem autonomamente; Mais chances e incentivos para que as pessoas se qualifiquem mais, de tal forma que estejam capacitadas a sobreviverem no mundo do trabalho de hoje; Sem limitações de horário. O estudante poderá ter acesso às experiências em qualquer lugar a qualquer hora, durante todos os dias da semana.

4 Compartilhamento de experimentos de Logistica atendendo os requisitos do Ensino Superior da instituição que se encontra o experimento (Intranet) e de outras instituições (Internet) Aquisição de dados com modelos reais, aferindo os erros dos equipamentos. O WebLab é um laboratório on-line que permite a realização de experiências reais através de uma interface de controle remoto. O aluno poderá configurar um equipamento e iniciar uma experiência recebendo a resposta dos dados em tempo real. Permitirá o aluno observar os experimentos pelo vídeo através de seu sistema de câmeras que transmitem as imagens utilizando a tecnologia streaming. A Figura 1 ilustra o projeto. Figura 1 WebLab Um modelo de Laboratório Remoto O aluno ao acessar o WebLab, escolhe a experiência que pretende realizar. Em seguida acessa o painel de configuração da experiência configurando-a de acordo com seus objetivos. Pode então iniciar a aquisição de dados visualizando-os através de gráficos, tabelas e medidores. Poderá ainda acompanhar a experiência através de uma janela de vídeo. Para a interação, comunicação, cooperação e o compartilhamento de informações entre as pessoas podem-se utilizar as ferramentas do LMS (Silvério,2009) que contém: correio eletrônico, listas de discussão, FAQ, bate-papo, sistemas de coautoria e serviços de teleconferência. Antes de iniciar o experimento o software de controle, possui um agente pedagógico que pergunta ao aluno se deseja passar por uma explicação sobre o experimento proposto, se a resposta for afirmativa é apresentados um objeto de aprendizagem, o qual irá ilustrar as informações teóricas sobre o experimento. 3. Modal Ferroviário. O modal ferroviário é basicamente um transportador de cargas pesadas a longas distâncias e a baixas velocidades, ideal para o transporte de matérias-primas e produtos manufaturados de baixo valor. Indicado para distâncias superiores a 400 km em virtude da demora em carregar e descarregar os vagões e da necessidade do suporte de

5 transporte rodoviário para coletar a carga nos embarcadores e levar ate as estações ferroviárias (RODRIGUES, 2007). Esse modal e caracterizado pela movimentação de trens, que são conjuntos formados por locomotiva e vagões. A composição dos trens é feita a partir da carga de cada vagão e seu atrelamento ao comboio. Os vagões podem pertencer ao transportador ou ao embarcador. No caso de pertencerem ao embarcador, a atividade de carregá-los é feita independentemente dos empregados do transportador, o que agiliza o processo de montagem do trem já que se trata de um simples acoplamento. Nesse caso o embarcador precisa de um ramal ferroviário para acessar suas instalações (NUNES, 2010). O ramal ferroviário é a linha férrea que é construída para permitir que o trem entre dentro do terreno onde de situa a empresa embarcadora de grandes cargas. É ramal pelo fato de lá não haver trafego regular de trens, sendo usado somente quando uma carga será dirigida para o destino do ramal. Por exemplo, uma siderúrgica que precisa receber minério de ferro de grande escala necessita que os vagões do trem sejam descarregados diretamente no seu pátio, reduzindo assim os gatos com transporte de caminhão da estação ferroviária regular até o pátio da empresa (NUNES, 2010). A capacidade do vagão ferroviário depende da resistência de cada eixo que compõe o truck (conjunto de 2 eixos em tandem) e também da resistência da linha por onde ele transita. Por exemplo, se um vagão permite 25 toneladas por eixo, cada truck com 2 eixos e cada vagão com 2 trucks, o peso total poderá atingir ate 100 toneladas, incluindo a tara do vagão e a mercadoria. Entretanto, se ele esta circulando por uma linha que admite a circulação de trens com 20 toneladas por eixo, o peso total estará limitado a 80 toneladas. Se a linha permitir 25 toneladas, o vagão poderá circular com sua capacidade máxima. No caso de linhas modernas, as quais permitem trens de 30 toneladas por eixo, podem circular vagões com eixos para 30 toneladas, os quais transportam um peso total de 120 toneladas. A montagem do trem leva em conta a linha ferroviária; sua capacidade de suportar a carga dependerá dos trilhos e dos dormentes, assim como dos viadutos e pontes que compõem a via. Conforme o numero de vagões (que no caso de minérios pode chegar ate 330), o seu peso e a inclinação máxima da via férrea (usualmente de 2% chegando a um máximo de 3,5%), determina-se a quantidade de locomotivas (veja figura 3) capazes de movimentar a carga. Cada locomotiva consegue movimentar, em função do atrito de seus trucks motores com os trilhos, uma determinada carga exigindo uma composição com uma ou mais locomotivas acopladas. O último ponto a ser levantado refere-se a velocidade do trem (media de 30km/h). Essa a função da bitola da linha férrea, do ângulo das curvas (em media 5 podendo ir a 70), do numero de vagões e da distribuição da carga no trem. No Brasil as ferrovias foram construídas pelos ingleses, que usaram a filosofia europeia dos pequenos países, adotando bitolas diferentes para cada estado da federação. Isso tem dificultado a integração ferroviária nacional, porquanto havia bitolas variando de 0,80m a 1,43m. Atualmente as concessionarias eliminaram as bitolas de 0,80m, persistindo as de 1 m e 1,43m. Como o usado no mundo atualmente são as bitolas de 1,60m coloca-se um trilho adicional nas ferrovias com 1 m de bitola, obtendo-se assim a possibilidade de ter duas bitolas, 1 m e 1,60m. Mais largura na bitola, ângulos de curva menores, menor inclinação da via férrea e maior compactação com dormentes mais resistentes e menos espaçados representam maior velocidade e major capacidade de carga transportada (NUNES,2010). São cargas típicas do modal ferroviário: produtos siderúrgicos, grãos, minério de ferro, cimento e cal, adubos e fertilizantes, derivados de petróleo, calcário, carvão mi-

6 neral e clinquer (pode ser considerado como cimento em fase inicial de fabricação), contêineres.(nunes,2010) 3. Laboratório Remoto: Ferrorama controlado via internet. Neste experimento os alunos realizam estudo através da utilização do tipo de vagão, para o tipo de carga. A Figura 2 mostra uma pista de Ferrorama que pode ser controlado pela internet. O controle do Ferrorama que é um controle remoto por infravermelho foi substituído por switch para fechar o contato dos botões do controle remoto, o qual permite o aluno controlar a velocidade do trem e escolher qual o tipo de vagão que será utilizado. Para obter o roteiro do uso deste experimento, o aluno realiza um cadastro dentro do LMS e se cadastra no curso de Logística e acessa a disciplina de Modal e Intermodal com o tema: Modal Ferroviário. Na área do curso, o aluno terá duas opções: acesso a simuladores (objetos de aprendizagem virtuais) e a objetos de aprendizagem reais (experimentos do WebLab). Ao acessar os experimentos reais, o aluno tem acesso ao software do experimento. Figura 2 Projeto do autorama automatizado. A Figura 2 mostra uma maquete de um centro de abastecimento, simulando um ramal ferroviário, de onde virá à carga de nossa maquete. Assim o aluno através da interface, poderá escolher o tipo do vagão, a carga e o atrelamento ao comboio e a bitola. A interface informa a quantidade de trucks e eixos para saber quantas toneladas o vagão irá suportar e a quantidade de toneladas admitida na linha A interface permite que os alunos ajustem a velocidade do trem de 0 a 40 Km/h, sendo que o aluno será questionado das condições de segurança referente ao peso da carga e sua velocidade. Após o término do experimento, o botão planilha de dados é habilitado para que o aluno possa obter os dados do experimento com a configuração escolhida. A Figura 4 mostra a interface do experimento.

7 Figura 3 Interface do experimento Autorama. O sistema propicia ao aluno informar qual a velocidade que deseja que o trem percorra, e através de sensores infravermelhos obterem quantas voltas e o tempo que o trem percorreu desde o início do experimento, permitindo que o aluno realize as anotações dadas pelo sistema de informação, caso o aluno não consiga anotar ou perdeu algum valor no decorrer do experimento. Na planilha de dados ele obtém os pontos em que o trem passou como em um sistema de monitoramento de carga. Após o experimento o aluno poderá criar gráficos com as informações oferecidas pela tabela. Todo o controle do trem e feito através de um sistema de controle remoto por infravermelho 5. Características pedagógicas e propriedades de laboratórios de acesso remoto 5.1 Acessibilidade O acesso remoto oferece enormes benefícios para os alunos que não podem estar fisicamente nos laboratórios para realizar suas experiências por vários motivos: trabalho, saúde, dificuldade de locomoção, restrições de tempo ou restrições religiosas. Além disso, o processo de automação em alguns casos não necessita de uma pessoa no laboratório, permitindo que o laboratório seja acessado 24 horas por dia. Os laboratórios tradicionais geralmente não são possíveis estudantes voltarem a repetir as medições de dados depois que percebe que cometeram um erro. O acesso remoto pode proporcionar a oportunidade de repetir sempre que necessário e o estudante pode fazer novas analises não tendo o tempo como um fator limitante. O acesso flexível fornece a liberdade de realizar um trabalho em seu próprio ritmo, ajustando os diferentes estilos de aprendizagem identificados nas respostas de suas experiências anteriormente. Este modo de acesso pode não ser adequado para estudantes que tem dificuldade em planejar seu tempo de estudo, no entanto, se essa é uma preocupação a ser tratada, lembramos que os laboratórios de acesso remoto podem ser utilizados em um horário de tempo limitado como os laboratórios convencionais. Outra característica interessante e que tudo que o aluno realiza e armazenado em arquivos de logs, podendo o professor utilizar esses dados para a realização de uma

8 avaliação diagnóstica de maneira individualizada, melhorando assim o processo de ensino e aprendizagem. Caso o laboratório remoto encontra-se em uma instituição diferente, então os alunos só têm a experiência através do acesso remoto, mas se o experimento se encontra no local, então uma abordagem mista de acesso pode ser utilizada. 5.2 Materiais de Qualidade Nos últimos anos, tem havido pressão por parte dos governos estrangeiros e organizações estudantis para aumentar a padronização de ensino. Na Europa, este movimento se manifestou, por exemplo, como o "Bologna Process", que visa padronizar a experiência do Ensino Superior na União Européia. Laboratórios de acesso remoto podem resolver este problema, fornecendo laboratórios em várias unidades de ensino e grupos de estudantes com acesso aos mesmos laboratórios, sendo assim conseguiríamos padronizar o material para todas as escolas públicas, oferecendo um material de qualidade, porém é necessário qualificar professores mostrando seus experimento e o que pode ser obtidos com eles. Em contrapartida, homogeneizar as experiências dos alunos pode não ser visto como uma idéia positiva por pedagogos (EVANS, 2002) que tem a opinião que a educação é um processo pessoal de desenvolvimento, e que a motivação do aluno depende do seu sentimento individualmente reconhecido e valorizado (ELTON,1988). Se laboratórios remotos são aplicados de forma arbitrária, o processo de aprendizagem poderia ser comprometido. No entanto, isso não ocorrerá se usado apropriadamente, como freqüentemente é relatado na literatura, sobre a motivação dos alunos com o uso dos laboratórios remotos, pois esses laboratórios causam uma sensação no aluno em querer saber o que há de novo, onde o aluno vê a oportunidade de realizar novas descobertas. O aluno ao entrar com seu login e senha é tratado pelo Ambiente de Ensino a Distância de forma individualizada, ou seja, através de avaliações diagnósticas, podemos encontrar quais são as suas dificuldades e através de análises feitas por agentes pedagógicos, o sistema pode oferecer materiais que supram suas necessidades de aprendizagem, sendo que o agente pedagógico poderá consultar a dificuldade do aluno através de mapas conceituais da unidade de ensino e oferecer um material de reforço para aquele item o qual encontra maior dificuldade e poderá seguir sua aprendizagem em seu ritmo e personalizando as experiências para suas dificuldades. 5.3 Interface Humana Nos laboratórios de acesso remotos, os alunos estão separados fisicamente do laboratório, o que não significa necessariamente que eles devam executar o experimento de forma isolada. O laboratório de acesso remoto escolhido pelo aluno poderá ser compartilhado por dois ou mais alunos em uma sala equipada com mais computadores utilizando a internet, ou seja, um aluno ou um grupo de alunos poderá executar o mesmo experimento e discutir entre eles os resultados, sendo que cada aluno poderá ver o que esta acontecendo no experimento remoto em seu computador. Comparado com laboratórios tradicionais a maior possibilidade de variar o ambiente dos experimentos através de ferramentas de comunicação e colaboração como fóruns, chats, e links de vídeo, podendo os alunos se relacionar uns com os outros não de uma forma

9 tumultuada como nos laboratórios tradicionais, que muitas vezes possuem mais alunos do que a experiência comporta, podendo cada aluno dar sua opinião, registrar a opinião de cada aluno e registrar a opinião do grupo. Esses dados podem ser utilizados pelo professor para diagnosticar o aluno sobre suas dificuldades. Nos laboratórios tradicionais algumas dificuldades são encontradas por causa do número de equipamentos para realização de experiências e recursos como (tempo, dinheiro, espaço e pessoal) da instituição. Neste caso o ambiente de ensino e determinado por questões logísticas e de recursos em vez das necessidades educativas. Estudos feitos através do WebLab demonstrou que os estudantes tem a opção de selecionar uma modalidade de trabalho que melhor se adapte a seu estilo de aprendizagem, seja trabalhando sozinho ou em pequenos grupos em uma sala de informática. Esta flexibilidade tem sido visto como vantajoso para apoiar necessidades educativas dos alunos sendo individuais ou em grupo. 6. Conclusões. Existem diferenças fundamentais entre os laboratórios tradicionais e os laboratórios de acesso remotos, o que resultam na diferença entre a forma de aprendizagem. Tantos os laboratórios tradicionais como os laboratórios de acesso remoto não podem ser substituído um pelo outro, pois existem características interessantes entre ambos, os quais somados podem gerar maior aprendizagem para o estudante. No entanto, a única diferença necessária entre os laboratórios tradicionais e laboratórios de acesso remoto é a separação física dos estudantes e experimentos. Outras diferenças e semelhanças em experiência de aprendizagem do aluno podem ser fatores controláveis, em maior ou menor escala, em nossa pesquisa podemos observar que a aprendizagem não esta no tipo de laboratório se ele e presencial ou remoto, mas na metodologia aplicada. 7. Referências CLOUGH, M.P., Using the Laboratory to Enhance Student Learning, Learning Science and the Science of Learning, R.W. By-Bee, ed., pp , Nat l Science Teachers Assoc., ELTON,L Student Motivation and Achievement, Studies in Higher Education, vol. 13, no. 2, pp , 1988 EVANS, G.R Teaching, Academics and the Real World, pp , Soc. for Research into Higher Education & Open Univ. Press, 2002 HANSON, Ben, CULMER, Peter, GALLAGHER Justin, PAGE Kate, READ Elizabeth, WEIGHTMAN Andrew, and LEVESLEY, Martin ReLOAD: Real Laboratories Operated at a Distance, IEEE TRANSACTIONS ON LEARNING TECHNOLOGIES, VOL. 2, NO. 4, OCTOBER-DECEMBER 2009 INTER-UNIVERSITY Teaching and Its Funding in the UK, Univ. de Cambridge, United Kingdom, Mar KREHBIEL, D, R. Zerger, and J.K. Piper, A Remote-Access Lab-VIEW-Based Laboratory for Environmental and Ecological Science, Int l J. Eng. Education, vol. 19, no. 3, pp , 2003.

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