CRIANDO UM SÍTIO NA INTERNET PARA ENSINAR OS PRIMEIROS CONCEITOS DA MECÂNICA DAS ESTRUTURAS

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1 CRIANDO UM SÍTIO NA INTERNET PARA ENSINAR OS PRIMEIROS CONCEITOS DA MECÂNICA DAS ESTRUTURAS Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 1, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações, Laboratório de Mecânica Computacional Caixa Postal São Paulo - SP fluchesi@usp.br Flávio L. Luchesi 1, Otávio P. de Freitas 2 e Henrique Lindenberg Neto 3 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 2, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações, Laboratório de Mecânica Computacional Caixa Postal São Paulo - SP otavio@pedreiradefreitas.com.br Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 3, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações, Laboratório de Mecânica Computacional Caixa Postal São Paulo - SP henrique.lindenberg@poli.usp.br Resumo. A fim de motivar os alunos para o estudo da mecânica das estruturas e complementar o material apresentado nas aulas da disciplina PEF-2200 Introdução à Mecânica das Estruturas, ministrada aos alunos do 3 o semestre do curso de engenharia civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, está sendo elaborado um sítio de apresentação de conceitos fundamentais da engenharia de estruturas na internet. Este sítio apresenta o conceito de estrutura e as ações que atuam em uma estrutura, os sistemas estruturais examinados na disciplina e uma breve história da engenharia de estruturas, desde a pré-história até os dias de hoje. Embora ainda esteja em fase de implantação, a fim de que já pudesse ser avaliado pelos alunos aos quais se destina, o sítio foi ligado à página da disciplina na internet. As primeiras avaliações recebidas mostram que o sítio vem atingindo seus objetivos: tem sido muito apreciado pelos visitantes, que têm gostado muito das imagens e dos textos apresentados, e têm se sentido muito motivados a conhecer melhor a engenharia de estruturas e as construções históricas apresentadas. Neste artigo, esta experiência educacional e o sítio em elaboração são apresentados em detalhe. Palavras-chave: Ensino de engenharia, Ensino pela internet, Mecânica das estruturas, Sistemas estruturais, História da engenharia de estruturas NTM - 371

2 1. INTRODUÇÃO Uma das grandes dificuldades encontradas pelos professores de mecânica das estruturas é como motivar os alunos para o estudo desta matéria, normalmente considerada muito teórica, árida e difícil de compreender. Uma das principais causas desta falta de motivação dos alunos para o estudo da mecânica das estruturas é a dificuldade que eles encontram de relacionar os modelos matemáticos que vêm nas aulas às estruturas reais que os cercam no dia-a-dia. Dentre as sugestões de como aumentar a motivação dos estudantes para o aprendizado de uma matéria, destacam-se as de tornar o estudo tão ativo, investigativo, aventuroso, social e útil quanto possível, proposta por Biehler e Snowman [1], e de se utilizar nas aulas exemplos retirados do mundo real, como verificaram Franz, Ferreira e Thambiratnam [2]. Para vencer este desafio de aumentar a motivação dos estudantes, novas metodologias educacionais baseadas nas idéias acima vêm sendo adotadas na disciplina PEF-2200 Introdução à Mecânica das Estruturas, ministrada aos alunos do 3 o semestre do curso de engenharia civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, na qual os estudantes têm seu primeiro contato com a engenharia de estruturas. Uma destas experiências descrita por Lindenberg e Arévalo [3], em andamento desde 1997, consiste no uso de projeção de fotografias de estruturas reais nas aulas da disciplina. Uma outra experiência educacional, que vem sendo empregada desde 1999, consiste em um projeto de observação de estruturas do cotidiano, que devem ser fotografadas e analisadas por pares de alunos, como relatam Lindenberg, Schwark e Teramoto [4]. Estas novas experiências educacionais vêm sendo continuamente avaliadas pelos estudantes e pelos professores, e têm sido muito bem sucedidas: os alunos têm passado a perceber melhor a importância que as estruturas têm em nossas vidas, têm passado ver as estruturas que os cercam com outros olhos, têm identificado nestas estruturas os sistemas estruturais e os modelos matemáticos que vêm nas aulas, sentindo-se então muito mais estimulados e motivados a estudar a mecânica das estruturas, conforme constataram Lindenberg, Pellegrino, Schwark, Nakao e Teramoto [5]. A fim de aumentar ainda mais este contato dos alunos com as estruturas do mundo real e mostrar ainda melhor as relações entre os modelos matemáticos que vêm nas aulas e as estruturas do cotidiano, decidiu-se criar um sítio na internet com informações complementares às apresentadas nas aulas por intermédio das transparências. Vários são os motivos que levam a internet a ser hoje uma ferramenta com um potencial educativo muito grande: progressos tecnológicos recentes aumentaram sua eficiência e diminuíram seu custo, permitindo que cada vez mais os estudantes tenham acesso a ela em suas escolas e residências; a grande interatividade e a enorme versatilidade possibilitadas pelos hipertextos permitem que cada pessoa percorra um sítio de acordo com seus próprios interesses e necessidades; trata-se de uma ferramenta moderna e atual, que vem ao encontro dos anseios dos alunos de hoje, que reclamam por uma maior modernização de seus cursos. O sítio que se decidiu elaborar apresenta de forma mais ampla e profunda os conceitos e as estruturas apresentadas nas aulas por meio das transparências, permitindo que, em estudo individual, os alunos revisitem e complementem os temas e as estruturas que viram na sala de aula. O projeto de desenvolvimento deste sítio foi iniciado em 1999, e ele vem sendo elaborado por bolsistas de iniciação científica do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica USP/CNPq PIBIC, sob a orientação e supervisão do professor responsável pela disciplina PEF-2200 Introdução à Mecânica das Estruturas, o terceiro autor deste artigo. O bolsista de iniciação científica Flávio Ladeira Luchesi, hoje no quinto ano do curso de engenharia civil da Escola Politécnica e primeiro autor deste artigo, o iniciou em agosto de 1999 e o desenvolveu até julho de 2000; desde de agosto de 2000, o bolsista Otávio Pedreira de Freitas, hoje no quarto ano do curso de engenharia civil da Escola Politécnica e segundo autor deste artigo, vem dando prosseguimento ao desenvolvimento do sítio. 2. O SÍTIO EM DESENVOLVIMENTO 2.1. O projeto do sítio A proposta do sítio é a de apresentar de forma mais ampla, completa e detalhada os conceitos e estruturas mostrados nas aulas por meio das transparências, a fim de que os estudantes possam complementar e aprofundar em estudo individual os temas discutidos nas aulas expositivas. Foram elaboradas três séries de transparências para serem utilizadas nas aulas da disciplina PEF-2200 Introdução à Mecânica das Estruturas : transparências apresentando o conceito de estrutura e as ações que atuam nas estruturas, transparências apresentando os diferentes sistemas estruturais examinados na disciplina e transparências apresentando uma breve história da engenharia de estruturas. O sítio planejado consiste então de: Páginas apresentando o conceito de estrutura e as ações que atuam nas estruturas; Páginas mostrando os diferentes sistemas estruturais estudados na disciplina; Páginas apresentando uma breve história da evolução das estruturas desde a pré-história até os dias atuais; Criação de textos introduzindo e ligando estas várias páginas; Criação de links unindo as várias páginas, que possuem grande inter-relacionamento: por exemplo, uma palmeira pode ser utilizada para apresentar uma estrutura da natureza e também o conceito de uma viga em NTM - 372

3 balanço; o Panteon de Roma tanto é um dos marcos da história da engenharia de estruturas como um ótimo exemplo de uma cúpula. 2.2 As páginas já elaboradas A criação do sítio foi iniciada com a elaboração das páginas que apresentam o conceito de estrutura, em que são apresentados alguns dos conceitos fundamentais da mecânica das estruturas e das ações que as solicitam, mostrando que qualquer objeto, ser vivo, ou obra de engenharia civil, mecânica, naval, aeronáutica, etc. possui uma estrutura, e que as mesmas leis físicas são usadas para explicar seu comportamento. Parte da página inicial que apresenta o conceito de estrutura e as ações que atuam nas estruturas pode ser vista na Fig. 1. Ligadas a essa página estão as páginas sobre estruturas da engenharia, estruturas da natureza, estruturas de objetos, aplicações de forças, variações de temperatura e deslocamentos de apoio. Um trecho da página que apresenta as estruturas da natureza, no qual se examina a teia de uma aranha, é mostrado na Fig. 2. A elaboração do sítio prosseguiu com o planejamento das páginas que apresentam o desenvolvimento histórico da engenharia de estruturas. Decidiu-se abordar apenas os períodos e momentos mais marcantes desta história, e apresentar cada um deles por meio do exame de algumas das principais construções do período. Os períodos e momentos que se resolveu apresentar são: Pré-história européia, Egito antigo, Mesopotâmia, Grécia antiga, Etrúria e Roma, Catedrais góticas, Renascimento, Revolução industrial, Pontes metálicas do século XIX, Os primeiros arranhacéus, As primeiras pontes de concreto armado e protendido, Torres e edifícios altos, As Grandes pontes e As grandes coberturas. Figura 1: Página que apresenta o conceito de estrutura e as ações que solicitam uma estrutura (endereço: NTM - 373

4 Figura 2: Trecho da página que apresenta as estruturas da natureza (endereço: Foi então feita uma pesquisa para determinar quais seriam as construções que caracterizariam cada um dos períodos, tendo-se então definido, por exemplo, que a Pré-história européia seria caracterizada pelas pontes préhistóricas da Inglaterra e por Stonehenge, o Egito antigo, pelas pirâmides de Sacara e de Queops, a Mesopotâmia, pelos zigurates de Ur e de Akarkuf e pela Torre de Babel, a Grécia antiga, pelo Tesouro de Atreu e pelo Partenon, etc. A estrutura do sítio que apresenta a evolução histórica das estruturas pode ser vista na Fig. 3: na página de abertura do sítio, intitulada Breve história da engenharia de estruturas, o visitante escolhe o período que deseja visitar e, clicando a fotografia correspondente a este período, acessa a página inicial do período, que contém links para as páginas referentes às obras marcantes que o ilustram. A Fig. 4 mostra parte da página Breve história da engenharia de estruturas, com algumas das fotografias que levam às páginas iniciais dos vários períodos examinados. Figura 3: Detalhe da ramificação da estrutura do sítio NTM - 374

5 Figura 4: Detalhe da página de abertura da história da engenharia de estruturas (endereço: O desenvolvimento das páginas referentes a cada uma das obras que ilustram os períodos históricos tem sido a principal atividade deste projeto. A elaboração destas páginas inicia-se com uma ampla coleta de material bibliográfico, obtido em livros, periódicos e na internet, do qual se extrai o que tem maior qualidade e informações mais seguras. Tal material, analisado em conjunto pelo bolsista e orientador, torna-se a matéria-prima dos textos a serem gerados, assim como dos esquemas ilustrativos, das fotografias e das figuras a serem apresentadas. Inseridas no texto, fotografias, figuras e esquemas tornam as páginas mais compreensíveis e facilitam ao aluno assimilar tudo aquilo que se deseja transmitir. Procura-se, sempre que possível, relacionar-se aquilo que está sendo descrito com alguma representação gráfica concreta, posicionada próxima ao texto a que se refere. Em um primeiro momento da descrição da obra, procura-se incorporar ao texto fotografias ou figuras gerais, como vistas aéreas, apresentando ao visitante um aspecto global da construção que se está estudando. Como exemplo disso podemos citar o início da página dedicada à Catedral de Florença, mostrada na Fig. 5, obra que, juntamente com a Basílica de São Pedro, apresenta o Renascimento. Figura 5: Detalhe da página sobre a catedral de Florença (endereço: NTM - 375

6 O decorrer do texto apresenta maiores detalhes da obra. Estes, construtivos, arquitetônicos e, principalmente, estruturais, demandam maior atenção. O texto busca apresentar não só dados e estatísticas, mas também descrições aprofundadas, dando o embasamento necessário para que a compreensão do visitante, auxiliada pela apresentação de representações gráficas também mais detalhadas, seja completa. Ao final da página de cada obra tem-se ainda uma ficha técnica. Essa ficha contém dados como localização, autores do projeto e da execução, dimensões, materiais utilizados, etc., que acabam por finalizar o contexto geral da obra, complementando a descrição. Como exemplo de uma ficha técnica apresenta-se a do Edifício Home Insurance, mostrada na Fig. 6. A última ramificação da página de cada período histórico é dedicada, sempre que se torne necessário, a um link que leva o visitante para uma página sobre o sistema estrutural que melhor traduz aquele período. Essa página dedicada ao sistema estrutural é bastante detalhada. Nela constam esquemas e desenhos, por vezes retirados da bibliografia, por vezes desenvolvidos conforme croquis gerados nas reuniões entre o bolsista e o orientador, e adaptados aos padrões já presentes no site. Figura 6: Ficha técnica do Edifício Home Insurance (endereço: É por meio desses desenhos e esquemas que os alunos visitantes finalmente associam o que é visto em aula, como por exemplo esquemas de carregamentos ou diagramas de esforços solicitantes, ao visto e descrito nas construções mostradas. Também de cunho mais teórico, assim como esses desenhos e esquemas, a página sobre o sistema estrutural apresenta textos mais aprofundados, reforçando assim a aprendizagem. Um exemplo de um destes esquemas é o do sistema estrutural das catedrais góticas; este esquema, que foi elaborado por um dos bolsistas de iniciação científica que vêm desenvolvendo o sítio, é mostrado na Fig. 7. Além das figuras apresentando os sistemas estruturais, foram criados diversos outros esquemas colocados em meio aos textos que apresentam as várias obras, a fim de complementá-los e ilustrá-los; um destes esquemas, mostrando como ocorreu o tombamento da torre da Catedral de Beauvais, também elaborado por um dos bolsistas que vêm implantando este sítio, pode ser visto na Fig. 8. Desta forma o visitante tem acesso às mais diversas informações, sejam de caráter histórico, sejam de caráter construtivo ou, principalmente, de caráter estrutural, facilitando sua aprendizagem e desenvolvendo seu interesse pela matéria. 3. AVALIAÇÃO DO SÍTIO O sítio ainda se encontra em fase de elaboração: algumas páginas ainda estão incompletas, outras ainda não foram submetidas a uma revisão final, as páginas correspondentes aos últimos períodos históricos e a vários dos sistemas estruturais ainda não foram iniciadas. Apesar disto, decidiu-se já ligá-lo à página da disciplina PEF-2200 Introdução à Mecânica das Estruturas para que os alunos, utilizando-o mesmo que incompleto, já pudessem avaliá-lo, comentá-lo, e assim contribuir para um aprimoramento do sítio ainda durante a fase de sua criação. NTM - 376

7 Figura 7: Esquema mostrando o sistema estrutural de uma catedral gótica (endereço: Figura 8: Esquema mostrando como ocorreu o tombamento da torre da Catedral de Beauvais (endereço: Foi preparado um questionário específico para a avaliação do sítio, que foi distribuído aos alunos que hoje estão cursando a disciplina PEF-2200 Introdução à Mecânica das Estruturas. Infelizemente, entretanto, poucos foram os alunos que o devolveram até o momento. Como o exame do sítio requer tempo e atenção, e os alunos se encontram em período de término do semestre, envolvidos com muitas provas e trabalhos, espera-se receber os demais questionários assim que este período de muita atividade tenha se encerrado. NTM - 377

8 As avaliações recebidas mostram que o sítio vem sendo muito apreciado: os alunos têm ótima opinião sobre ele, consideram que cumpre o objetivo de complementar o material apresentado nas aulas da disciplina, acham que se deve continuar a elaborá-lo e que se deve ampliá-lo. Segundo os alunos, a maior qualidade do sítio é apresentar fotografias e dados sobre construções históricas, despertando neles motivação para conhecer melhor a engenharia e as obras mostradas. Os maiores defeitos segundo os alunos são as páginas ainda incompletas, algumas incorreções de linguagem e a procura de estruturas, que ainda não está funcionando. No sítio há uma solicitação para que comentários e sugestões sejam enviados por correio eletrônico ao bolsista que o está elaborando no momento. Os comentários e sugestões recebidos por correio eletrônico mostram que estes outros visitantes também têm gostado muito da proposta do sítio e de seu conteúdo. Os comentários e as sugestões apresentadas pelos usuários do sítio têm sido de grande valia, e já serão incorporadas na continuação do trabalho. O bolsista de iniciação científica que dará seguimento a este projeto a partir do próximo mês de agosto já foi selecionado, e irá iniciar seu trabalho completando as páginas não terminadas e fazendo uma revisão cuidadosa das páginas já produzidas. 4. CONCLUSÕES O sítio em elaboração é constituído por páginas apresentando o conceito de estrutura, páginas apresentando os diferentes sistemas estruturais examinados nas aulas da disciplina PEF-2200 Introdução à Mecânica das Estruturas e páginas contando uma breve história da evolução das estruturas desde a pré-história até os dias de hoje. Além de permitir que os alunos complementem e ampliem em sessões de estudo individual o que viram nas aulas da disciplina, pretende-se com este sítio aumentar a motivação dos estudantes para o aprendizado da mecânica das estruturas. Espera-se que o aumento de motivação dos alunos decorra principalmente do alto conteúdo informativo e afetivo que possuem as imagens e do fato de se mostrar no sítio como os modelos matemáticos examinados nas aulas se ligam às estruturas reais que os alunos irão um dia conceber, projetar e executar. As avaliações iniciais do sítio mostram que estes objetivos vêm sendo atingidos, e que os seus visitantes têm se sentido muito entusiasmados com a engenharia e desejosos de conhecer melhor as construções históricas apresentadas. Os próprios bolsistas que elaboraram este sítio já usufruíram de seus benefícios, não apenas por terem conhecido melhor o conceito de estrutura, as ações que solicitam as estruturas e a evolução histórica da engenharia de estruturas, mas principalmente por terem passado a ver com outros olhos as estruturas que nos cercam. O sítio deverá ser continuamente avaliado, e os resultados das avaliações incorporados às novas páginas que serão criadas e à revisão e aprimoramento das páginas já feitas. A melhor forma de conhecer e avaliar este sítio é visitando-o: convida-se então os leitores a visitá-lo e a percorrê-lo; o endereço da página inicial do sítio é Agradecimentos Os autores agradecem à Universidade de São Paulo e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq por terem viabilizado a execução deste projeto, que vem sendo desenvolvido, desde seu início em 1999, por bolsistas do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica USP/CNPq PIBIC. 5. REFERÊNCIAS [1] R.F. Biehler e J. Snowman, Psychology Applied to Teaching, 6 a ed., Houghton Mifflin Co., Boston, [2] J. Franz, L. Ferreira e D.P. Thambiratnam, Using Phenomenography to Understand Student Learning in Civil Engineering, International Journal of Engineering Education, vol. 13, no. 1, 1997, pp [3] H. Lindenberg Neto e L.A.T. Arévalo, Using images to teach the beginnings of structural engineering, in Proceedings of the International Conference on Engineering Education ICEE-98 (em CD-ROM). [4] H. Lindenberg Neto, M.P. Schwark e R.I. Teramoto, Introduzindo um projeto na primeira disciplina de mecânica das estruturas: a observação das estruturas do cotidiano, in Anais do XXVIII Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia COBENGE 2000 (em CD-ROM). [5] H. Lindenberg Neto, J. Pellegrino Neto, M.P. Schwark, O.S. Nakao e R.I. Teramoto, The Observation of Everyday Life Structures: a Project to Stimulate the Students Learning of Mechanics of Structures, in Proceedings of the International Conference on Engineering Education ICEE-2001 (em CD-ROM) (artigo aceito para apresentação no ICEE-2001). NTM - 378