A EXPERIMENTAÇÃO REMOTA COMO APOIO AO PROCESSO ENSINO-APREDIZAGEM DE FÍSICA NO ENSINO MÉDIO, UTILIZANDO O ROBOCAR

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1 A EXPERIMENTAÇÃO REMOTA COMO APOIO AO PROCESSO ENSINO-APREDIZAGEM DE FÍSICA NO ENSINO MÉDIO, UTILIZANDO O ROBOCAR Rahony Goulart Ricardo* RESUMO Este trabalho apresenta uma solução de aprendizagem da física pelos alunos do ensino médio público brasileiro, utilizando experimentação remota com o auxilia de tecnologias para gerar uma interface amigável e intuitiva. As soluções e tecnologias apresentados foram resultado de pesquisas sobre comunicação de dados pela Internet. Palavras-chave: Experimento remoto. Física. Internet. * Acadêmico - Ciência da Computação Universidade do Sul de Santa Catarina ronypro@gmail.com

2 1 INTRODUÇÃO Este artigo traz uma visão sobre experiências remotas, mas precisamente sobre experimentos físicos, utilizados para comprovar uma teoria ou demonstrar uma aplicação de alguma lei ou regra. Realizar estudos sobre um tema de alguma ciência exata, sem realizar experimentos práticos, exige dedicação e torna o aprendizado difícil. Mas se um aluno poder colocar o que estudou em uma experiência, ele terá menos dificuldade de aprendizado, observando os resultados e tirando suas conclusões de maneira prática. No entanto escolas do ensino médio público, em sua maioria, não possuem materiais para experimentos físicos e suas disponibilidade exige muito investimento. Este problema pode ser amenizado com o uso de experimentos remotos, que podem ser acessados utilizando um computador conectado a Internet. O experimento físico em questão tem o objetivo de demonstrar a aplicação de alguns temas da física, mais precisamente o MUV e MRUV. Uma aplicação prática destes temas é o automobilismo, podendo ser aplicados em um carro de controle remoto e permitindo uma experiência mais intuitiva, para obter este resultado o experimento foi planejado para ter uma aparência de um jogo. As plataformas de desenvolvimento escolhidas foram o Adobe Flash para a aplicação cliente e JAVA para o servidor, obtendo sucesso na comunicação entre estas plataformas. 2 EXPERIMENTO REMOTO A aprendizagem ocorre melhor quando os alunos podem colocar em prática as teorias que aprendem, mas esta não é uma realidade na maioria das escolas de ensino médio público brasileiro, onde não há material e espaço para experimentos físicos. Uma solução encontrada para este tipo de problema são os experimentos remotos, onde um usuário utilizando um computador pode acessar, controlar e visualizar o experimento pela Internet. Este tipo de aplicação vem ganhando destaque é já está sendo utilizada por outras faculdades de outros paises REXRACE O objetivo do experimento desta pesquisa é a aplicação de algumas matérias da física no ensino médio, como o MUV e o MRUV. Para isto foi escolhido

3 como objeto de experimento um carro miniatura controlado por controle remoto em uma pista de corrida, o que gerou o apelido RexRace. A principio o carro seria o ROBOCAR, um outro projeto desenvolvido em 2003, mas devido ao seu tamanho excessivo foi decidido que seria mais viável utilizar um carro menor, para poder assim aproveitar mais o espaço físico. 2.2 METODOLOGIA O experimento, basicamente, é controlar um caro por um traçado escolhido e, através dos tempos parciais obtidos, mostrar os tempos, velocidades e distancias. Tudo calculado utilizando o conteúdo da física do ensino médio. Para facilitar na aprendizagem foi decidido que o experimento seria controlar um carro por uma pista, possuindo quatro traçados, de forma intuitiva, ou seja, utilizando o mouse ou o teclado. Para isto foi desenvolvida uma interface em Adobe Flash com aparência de um jogo, de forma a agradar mais os usuários. 2.3 ARQUITETURA DO EXPERIMENTO Para este experimento foi escolhida uma arquitetura um pouco maior que a utilizado pelo ROBOCAR original, que era um MSW (Micro Servidor Web) instalado no carro e conectado a Internet, além de uma webcan para transmitir as imagens do movimento do carro. Foi adotada uma arquitetura que envolve um MSW conectado ao controle de um outro carro menor de controle remoto para obter maior vantagem do espaço físico, devido a capacidade da webcan. Da mesma forma que o outro experimento, o MSW e a webcan são conectados a Internet, mas este possui também um computador que seria o servidor da aplicação. A necessidade de um servidor surgiu pelo fato de que uma interface mais cativante e dinâmica, escolhida para o projeto, necessitaria de mais processamento e espaço, necessidades não suportadas pelo microcontrolador do MSW, mas perfeitamente suportada por um computador com os requisitos mínimos para suportar o Adobe Flash Player Tecnologias utilizadas Para a obtenção de tempo foi adotado a utilização de sensores infravermelhos, que seriam ativados com a passagem do carro, possibilitando assim

4 a captação do tempo, espaço e velocidade. Mas o temo necessita ser o mais preciso possível, neste caso seria inviável programar o cliente Flash para receber a informação de um censor ativo, isso por que a aplicação não receberia esta informação no tempo real em que o censor foi ativado, pois a transmissão de um dado na Internet custa algum tempo, e o tempo no qual o sensor foi ativado seria maior que o real. Para solucionar este problema, foi criado um servidor em JAVA que será instalado no servidor que está conectado na mesma rede do MSW. 3.1 APLICAÇÃO CLIENTE Desenvolvida em Adobe Flash, não realiza nenhuma operação matemática, a sua função é apenas mostrar os resultados calculados pelo servidor JAVA, para isto ela envia requisições ao servidor que retorna as respostas. A conexão é realizado utilizando um componente do Adobe Flash, o XMLSocket, o que resultou em um pequena pesquisa para trocar informações entre aplicações de tecnologias diferentes. A comunicação ocorreu da seguinte maneira: O servidor é iniciado e espera conexões em uma determinada porta, maior que O cliente tenta conectar a está porta, neste momento o Adobe Flash faz uma solicitação de segurança. O servidor retorna um arquivo XML com as configurações necessárias para o Adobe Flash permitir a conexão. Após conectado ambas as aplicações trocam informações. Esta aplicação cliente tem o objetivo de apenas permitir ao usuário assistir ao experimento e controlá-lo, além de exibir vários dados sobre o mesmo. Como tempos, velocidades, distancias e gráficos ao final do experimento. O arquivo que o Adobe Flash solicita faz parte de sua política de segurança, o mesmo está no formato XML e obedece alguns padrões, seu objetivo é indicar ao flash a permissão de acesso a locais que não fazem parte da raiz da aplicação em execução. 3.2 APLICAÇÃO SERVIDORA Desenvolvida em JAVA, sua função é fornecer dados do experimento e armazená-los durante sua execução. Para isto foram criadas classes de controle da corrida, com a capacidade de armazenar dados de cada volta da corrida atual,

5 mantendo inclusive o tempo de cada sensor em cada volta, para serem utilizados após o termino do experimento. O servidor é capaz de manter várias conexões, sendo que apenas um usuário poderá controlar o carro, os demais apenas podem assistir. Só é possível conectar ao servidor quando não á uma corrida em andamento, neste caso o primeiro que conectar será o piloto e poderá configurar o experimento de acordo com o seu desejo, o experimento é iniciado assim que o piloto assim fizer. Para evitar falhas, se uma conexão com o cliente piloto for perdida, o experimento é anulado e todos usuário conectados são desconectados. Este software também é responsável pela obtenção dos resultados, para isto deve realizar cálculos para obter algumas grandezas como aceleração e velocidade, demonstrados por Nunes, além de utilizar formulas do MUV e MRUV. 3.3 A PISTA A pista foi projetada para oferecer quatro possibilidades de traçado, que seria escolhida pelo usuário piloto. Como foi projeto para ser como um jogo, cada traçado tem uma característica diferente, umas com mais retas, outras com mais curvas, umas mais fáceis e outras mais difíceis. Mas a parte mais importante são os censores, definidos para detectar o carro em muitas partes da pista, para até mesmo captar se o traçado está dentro do escolhido. Para poder tem um controle mais preciso seria necessário vinte e cinco sensores: Três para dividir a pista em setores, como uma pista real. Oito para controlar a entrada do carro em um pedaço da pista, para verificar o traçado. Dois censores para auxiliar o usuário indicando para onde deve seguir. Doze espalhados pela pista para auxiliar na obtenção de dados em retas. 4 OBTENDO E ENVIANDO DADOS Os dados da pista são capitados pelos sensores que são controlados pelo MSW, o servidor Java verifica o seu estado por requisição HTML, obtendo assim o ultimo sensor ativo e armazenando nos dados da corrida, podendo realizar cálculos

6 através do tempo e do espaço referente ao ultimo sensor ativo. Quando algum valor é atualizado, o mesmo é enviado para todos os usuários conectados, estes dados estão no formato literal codificado no formato UTF-8. Quando o cliente recebe uma informação, atualiza algum dado na tela, de acordo com a indicação recebida. O cliente também envia dados ao servidor, são requisições para dados ou comandos para realizar alguma operação, como iniciar a corrida. Para controlar o experimento, o caminho mais rápido seria do cliente direto para o MSW, ou seja o cliente acessaria as CGIs do MSW diretamente. 5 DIFICULDADES ENCONTRADAS A maior dificuldade encontrada, durante o planejamento, foi o tempo gasto para os dados irem e virem pela Internet, não se sabe ao certo o tempo exato que um dado pequeno, como as informações da corrida, levam para chegar ao seu destino. Estima-se que um dado de uma webcan tenha um atraso de quinze a trinta segundos, isso causaria um atraso enorme para o usuário, a imagem que ela está vendo é algo que ocorreu no mínimo a quinze segundos atrás, o que significa que quando ele for desfiar de um obstáculo, o carro provavelmente já colidiu.

7 REFERÊNCIAS CROSS-DOMAIN policy file usage recommendations for Flash Player. Disponivel em: < Acesso em: 17 mar NUNES, Djalma. Física: 569 exercícios propostos, todo o conteúdo do 2º grau. 7. ED. Paraná: Ática, p.