Programa de Educação Tutorial. Candidatura PET Engenharia Computacional

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1 Programa de Educação Tutorial Candidatura PET 2012 Engenharia Computacional RESUMO DA PROPOSTA Máximo de 250 palavras A proposta de grupo PET de Engenharia Computacional articula-se com o Plano de Desenvolvimento Institucional da UFJF e trabalha em conformidade com as diretrizes curriculares estabelecidas pelo MEC para os cursos de Engenharia. Serão utilizadas tecnologias e metodologias de apoio à aprendizagem, tais como a realização de cursos de mídias digitais; elaboração e disponibilização de Recursos Educacionais abertos; emprego de Sistemas de Álgebra Computacional; desenvolvimento de modelos geométricos tridimensionais e desenvolvimento de objetos de aprendizagem com mídias digitais. Em relação aos avanços na área de ensino, pesquisa e extensão, as atividades descritas no projeto envolvem: utilização de modernos aplicativos, softwares e linguagens; contato com tecnologias recentes de modelagem e prototipagem tridimensionais; atividades de pesquisa de inovação tecnológica, envolvendo modelagem matemática de problemas ligados à engenharia. A contribuição para a redução da evasão e da retenção pode ser vislumbrada em todas as atividades sugeridas. As ações extensionistas do grupo PET darão maior visibilidade ao curso, principalmente quando forem realizadas no âmbito das escolas de ensino básico. O grupo PET Engenharia Computacional poderá ainda se integrar aos demais grupos PET da UFJF através da colaboração no Cursinho Pré-Universitário Popular da UFJF (CPU) junto com o PET Engenharia Civil, participação no Projeto Eficiência Energética nas Escolas, junto com o PET Engenharia Elétrica, assistir aos filmes do Projeto Cinema Brasileiro Contemporâneo e às palestras da oficina Cultura Política do PET Comunicação e participação nas atividades de promoção de saúde e bem-estar frequentemente organizadas pelo PET Odontologia, PET Educação Física e PET Psicologia.

2 CONTEXTO E ARTICULAÇÃO DO PROJETO PEDAGÓGICO INSTITUCIONAL Hoje a UFJF conta com 18 unidades acadêmicas, oferece 35 cursos de graduação, 55 cursos de especialização e residência, 23 mestrados e 9 doutorados, além de cursos de Educação Básica, através do Colégio de Aplicação João XXIII. Desenvolve o programa de Educação a Distância (EAD), visando a universalização e democratização do acesso ao conhecimento com o oferecimento de 8 cursos de graduação e 5 cursos de pós graduação lato sensu em 30 polos de apoio presencial. Durante o ano de 2008, a UFJF aderiu ao Programa de Apoio ao Plano de Reestruturação e Expansão das Universidades Federais - REUNI, com a proposta de aumento de matrículas em seus cursos de graduação, com a elevação progressiva da oferta de vagas no início de 2008 para ingressos anuais, patamar a ser alcançado em A UFJF tem como missão mobilizar e disponibilizar os diferentes saberes para a promoção do desenvolvimento regional, considerando a vocação e as peculiaridades da Zona da Mata mineira, contribuindo também para a base do desenvolvimento nacional, mantendo o compromisso com a preservação dos valores éticos, políticos, culturais, sociais e ambientais de uma sociedade pluralista, democrática e republicana com a participação e fomentação do desenvolvimento científico e tecnológico regional e nacional responsabilizando-se pela formação de cidadãos em todos os níveis de formação, em especial de Recursos Humanos voltados para ações no Ensino, Pesquisa e Extensão. Destacam-se como objetivos da Instituição constantes no Plano de Desenvolvimento Institucional (PDI) e que claramente se alinham com o Programa de Educação Tutorial: Manter a indissociabilidade do ensino, da pesquisa e da extensão; Promover a interdisciplinaridade e a multidisciplinaridade em todos os níveis do conhecimento; Integrar graduação e pós-graduação; Conquistar, manter e ampliar a excelência no ensino; e Consolidar os processos de inovação tecnológica e transferência de tecnologia da UFJF.

3 Consta em seu PDI, como uma das metas da UFJF em relação à graduação, a diminuição em 50% das taxas de reprovação, evasão e retenção, em especial nos cursos da área de ciência e tecnologia. As estratégias previstas para alcançar essas metas são: Reestruturação curricular; Renovação metodológica; Ampliação dos sistemas de monitoria e de tutoria; Criação de atendimento individualizado e em grupo para alunos com dificuldades de aprendizagem; e Ampliação do uso das tecnologias de informação e comunicação (TIC) nos diversos cursos. Em um esforço para unir ensino, pesquisa e extensão, a UFJF desenvolve vários projetos junto à comunidade externa, o que reforça sua imagem de Instituição comprometida com o desenvolvimento, com a educação e com a sociedade. Em relação à Pesquisa, a UFJF possui uma produção significativa. Com o objetivo de iniciar o processo de iniciação à ciência e de integração dos alunos de graduação e também de ensino médio com a pesquisa, são desenvolvidos 12 programas de fomento em parceria com a FAPEMIG, o CNPq e a FINEP. Esses programas ajudam na formação de indivíduos bem qualificados profissionalmente. Os programas de extensão da UFJF visam promover a articulação entre o ensino e a pesquisa e as demandas da sociedade, em um exercício de contribuição mútua. Como exemplo, podemse citar os seguintes projetos e programas viabilizados: 17 projetos no Programa Boa Vizinhança; 1 projeto no Programa Aprendendo Extensão; 4 projetos no Programa Pólo de suporte às políticas de proteção à família, infância e juventude; 7 projetos no Programa Território de Oportunidades; 14 projeto nos Programa Pólo Interdisciplinar na área do envelhecimento; 2 projetos no Programa Centro de Psicologia Aplicada; e 1 projeto no Programa Atenção à Saúde Bucal.

4 No âmbito cultural, a UFJF também investe na dinamização de espaços culturais e promove talentos para manter a comunidade universitária atualizada quanto às ações culturais em Juiz de Fora e região. Atualmente, a UFJF conta com 7 museus, 1 teatro e 2 prédios destinados à promoção de atividades artísticas e culturais. Além disso, são vinculados à Instituição o grupo de teatro Divulgação, o Coral Universitário e o Grupo de Dança da Faculdade de Educação Física e Desporto. Em relação ao desenvolvimento tecnológico, a UFJF tem como meta elaborar e facilitar a implantação de um modelo de parque científico e tecnológico que permita uma significativa ampliação da capacidade de formação de parcerias entre a UFJF e o setor privado. Foram assinados, no dia 29 de agosto de 2012, três protocolos de intenções entre a empresa portuguesa Nanium Participações S.A., o Governo de Minas Gerais, a Universidade Federal de Juiz de Fora e a Prefeitura de Juiz de Fora, para a implantação de uma unidade industrial no Parque Científico e Tecnológico de Juiz de Fora. Segundo o presidente internacional da Nanium, Armando Tavares, o investimento da indústria de semicondutores, que será a âncora do empreendimento, será da ordem de US$ 30 milhões (o que representa mais de R$ 60 milhões). O protocolo de intenções com o Governo de Minas Gerais foi assinado no valor de R$ 30 milhões. A presente proposta de criação de grupo PET de Engenharia Computacional articula-se com o Plano de Desenvolvimento Institucional referenciado acima e trabalha em conformidade com as diretrizes curriculares estabelecidas pelo MEC para os cursos de Engenharia que visam garantir a formação do perfil desejado para o egresso e o desenvolvimento de competências e habilidades condizentes com as demandas do mercado de trabalho atual. Deste modo, serão realizadas ações de ensino, pesquisa e extensão através de atividades extracurriculares tais como trabalhos de iniciação científica, projetos multidisciplinares, visitas técnicas, trabalhos em equipe, desenvolvimento de protótipos, monitorias, participações em atividades de caráter profissionalizante e empreendedor. Nestas atividades procurar-se-á desenvolver posturas de cooperação, ética e responsabilidade social, que contribuam para a sua melhor qualificação como pessoa humana e como membro da sociedade. PALAVRAS-CHAVE (no máximo cinco palavras-chave): Educação Tutorial, Engenharia

5 Computacional, Objetos de Aprendizagem, Modelagem Computacional, Mídias Digitais. INFORMAÇÕES RELEVANTES PARA AVALIAÇÃO DA PROPOSTA Considerando os indicadores a serem avaliados de acordo com o edital sobre o Programa de Educação Tutorial, ressalta-se que a execução da proposta está fundamentalmente ligada à instituição da UFJF, de maneira que contamos com total apoio da Faculdade de Engenharia, do Instituto de Ciências Exatas, do Centro de Ciências e do Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, como pode ser verificado nas cartas em anexo. Em ofício, o diretor da Faculdade de Engenharia se compromete a ofertar espaço físico apropriado à realização das atividades do PET e auxiliar a aquisição de materiais, softwares e outros equipamentos objetivando o sucesso acadêmico dos estudantes, bem como apoiar a participação do grupo em congressos e eventos relacionados ao Programa. Quanto à utilização de tecnologias e metodologias de apoio à aprendizagem, a proposta de grupo PET em Engenharia Computacional contempla, como se verá no detalhamento a frente: Realização de cursos de mídias digitais no Centro de Ciências da UFJF; Elaboração e disponibilização de Recursos Educacionais abertos; Emprego de Sistemas de Álgebra Computacional em mini-cursos e nas atividades de iniciação científica; Desenvolvimento de modelos geométricos tridimensionais; e Desenvolvimento de objetos de aprendizagem com mídias digitais. As atividades de ensino e extensão dirigidas à formação de professores e alunos do ensino médio, detalhadas a frente, são um exemplo da atuação que os bolsistas PET podem ter na sociedade, ajudando a modificar o panorama atual de instituições de ensino dotadas de equipamentos, mas com baixa qualificação dos professores, colocando em risco o investimento feito. As iniciativas propostas para os bolsistas PET em Engenharia Computacional efetivamente auxiliarão os alunos a adquirirem as habilidades e competências disciplinares e interdisciplinares requeridas para a sua formação: o aprender a aprender, a capacidade de trabalhar em equipe, adaptabilidade, perseverança e o interesse em resolver problemas

6 interdisciplinares. Os alunos que participarem destas experiências poderão perceber a importância de se tornarem ativos na computação, tanto quanto na teoria e na experimentação e estarão, desta forma, mais preparados para uma transição bem sucedida, seja diretamente para o mercado de trabalho ou para programas de pós-graduação, notadamente os de nível stricto sensu. Em relação aos avanços na área de ensino, pesquisa e extensão, as atividades descritas no projeto envolvem: Utilização de modernos aplicativos, softwares e linguagens; Contato com tecnologias recentes de modelagem e prototipagem tridimensionais; Atividades de pesquisa de inovação tecnológica, envolvendo modelagem matemática de problemas ligados à engenharia: diversos problemas relativos à análise estrutural, ao transporte de massa e calor, aos escoamentos em meios porosos, etc. A contribuição da proposta para a redução da evasão e da retenção pode ser vislumbrada em todas as atividades sugeridas. As ações extensionistas de um grupo PET em Engenharia Computacional darão maior visibilidade ao curso, principalmente quando forem realizadas no âmbito das escolas de ensino básico, oferecendo aos jovens o conhecimento prévio da nova carreira que se coloca como opção. O grupo PET pode colaborar com o Curso Pré- Universitário Popular da UFJF. Mesmo na Universidade, o grupo PET exercerá um papel importante em relação ao aluno recém-matriculado, por exemplo através da atuação junto à disciplina de Introdução à Engenharia Computacional, demonstrando exemplos de aplicação e noções de empregabilidade. O grupo PET auxiliará aos que apresentam baixo desempenho com os aulões de exercício e plantões de dúvida. E para aqueles alunos, no extremo oposto, que evadem ou abandonam os estudos por não se sentirem desafiados e estimulados, as atividades de ensino do grupo PET, descritas na sequência, envolvendo minicursos sobre modernos aplicativos, softwares e linguagens, além das competições em modelagem, prototipagem e programação serão um atrativo à parte, como se espera. A fim de preparar melhor os bolsistas para a utilização eficaz da tecnologia na resolução de problemas científicos cada vez mais complexos, conhecimentos importantes devem ser fornecidos e certas habilidades devem ser obtidas. A situação desses estudantes pode incluir: um conhecimento prévio deficiente de matemática, pouca habilidade em resolver problemas,

7 pouca expectativa em relação aos modelos computacionais, a incapacidade de compreender pressupostos e limitações científicas e uma prática insuficiente de escrita. O PET destina-se a melhorar algumas dessas deficiências com antecedência suficiente, de forma que o aprendido possa ser aplicado ao longo do curso e nos projetos de pesquisa subsequentes. Uma vez que os bolsistas do grupo tornam-se agentes multiplicadores entre os demais alunos da graduação, as suas experiências pedagógicas obtidas com o PET devem estimular também a melhoria do ensino das disciplinas curriculares, contribuindo para a aproximação do currículo do curso com o desenvolvimento científico, cultural e tecnológico. Destaca-se que o curso ainda não passou pela avaliação do Enade. JUSTIFICATIVA Um aumento nos últimos 30 anos de mais de seis ordens de grandeza na velocidade dos computadores [1], juntamente com os avanços da matemática na compreensão e modelagem de sistemas complexos e da ciência da computação na manipulação e visualização de grandes quantidades de dados, permitiu que cientistas e engenheiros resolvessem problemas em larga escala, antes considerados insolúveis. A computação tornou-se um parceiro indispensável, junto com a teoria e a experimentação, na busca pelo conhecimento e avanço da tecnologia. A simulação computacional permite o estudo de sistemas complexos e fenômenos naturais, completando (e, em alguns casos, substituindo) a análise experimental, que às vezes pode ser muito cara, perigosa ou até mesmo inviável. Desta forma, tem sido amplamente aceita e reconhecida como uma das etapas da investigação científica e dos projetos de engenharia. Setores industriais tais como o petrolífero, aeroespacial, automotivo, biológico, químico, de semicondutores e outros atualmente utilizam a simulação computacional como um apoio à decisão técnica. Da mesma forma, agências governamentais a utilizam em suas deliberações sobre recursos, transporte e defesa. Finalmente, em muitas novas áreas como a medicina, ciências da vida, gestão, comercialização e finanças, estas técnicas são de importância crescente [1]. É neste contexto que surge a Engenharia Computacional, definida como uma vasta área multidisciplinar que engloba aplicações em engenharia, matemática aplicada, análise numérica e informática [2]. Obter resultados computacionais para uma dada área de aplicação exige

8 domínio em modelagem matemática, análise numérica, desenvolvimento de algoritmos, desenvolvimento de software, utilização de programa, análise, validação e visualização de resultados. A Engenharia Computacional envolve tudo isso, centrando-se na integração dos conhecimentos e metodologias de todas essas disciplinas, constituindo, desta forma, um tema distinto de qualquer uma delas. Acredita-se que a Engenharia Computacional irá desempenhar um papel cada vez mais importante no processo da descoberta científica e do projeto de engenharia [1]. Esta demanda conduz naturalmente a um crescimento em programas de pós-graduação e graduação de cursos desta natureza. Na UFJF, entrou em curso no ano de 2006, na área interdisciplinar da CAPES, o Mestrado em Modelagem Computacional, de onde se originou a criação do curso de graduação em Engenharia Computacional, vindo este a entrar em exercício no ano de 2009, em decorrência do Programa de Reestruturação e Expansão das Universidades Federais (REUNI). O curso de graduação em Engenharia Computacional foi concebido para formar diplomados aptos para a inserção em setores profissionais, participando do desenvolvimento da sociedade brasileira, contribuindo para o avanço da ciência e da tecnologia, através de uma sólida formação geral obtida através de práticas de estudo independentes, atividades de pesquisa e atualização permanente por parte dos discentes [3]. O aluno tem ingresso através do curso de Ciências Exatas da UFJF. O primeiro ciclo constituise no Bacharelado em Ciências Exatas, com duração média de 6 (seis) períodos. Quando o discente tiver sido aprovado nas disciplinas obrigatórias do currículo do Curso de Ciências Exatas presentes no primeiro, segundo e terceiro períodos, este tem a opção de escolher a área de formação (Ciência da Computação, Engenharias, Estatística, Física, Matemática e Química). O número de vagas em cada área é limitado e o critério de seleção adotado para a admissão é o índice de rendimento acadêmico (IRA) nas disciplinas de formação básica (obrigatórias) até o terceiro período. O discente poderá diplomar-se em mais de um curso do segundo ciclo de formação, sem necessidade de novo processo de ingresso, desde que complete o currículo exigido e respeite o Regulamento Acadêmico Geral da UFJF. Para o curso de Engenharia Computacional, são oferecidas 40 vagas não-declaradas anuais. Esta modalidade de ingresso possibilita a mobilidade acadêmica, para que o discente tenha mais opções para realizar suas escolhas curriculares, bem como, inclusive, redirecionar sua formação, bem como evita a profissionalização precoce, visto que permite ao aluno um período

9 mais amplo de experimentações antes da escolha do curso de segundo ciclo de formação. Entretanto, assim como a maioria dos cursos de graduação em Engenharia no país, o curso, embora recente, já é atingido por um grave problema: as altas taxas de evasão e retenção escolar que ocorrem já durante o primeiro ciclo de formação. São altos os índices de reprovação, que culminam em abandono. A pior situação ocorre no 1 o período, com as disciplinas Cálculo I e Geometria Analítica e Sistemas Lineares. Dos 325 alunos ingressantes em 2009, apenas 47 puderam escolher a opção de 2 o ciclo. Um quadro semelhante pôde ser observado em relação aos 355 ingressantes em 2010, sendo que apenas 35 fizeram a opção de 2 o ciclo. Do total de 82 alunos até agora optantes pelo segundo ciclo desde 2009, tem-se a seguinte distribuição: Química: 21 Eng. Computacional: 19 Física: 12 Eng. Elétrica: 11 Estatística: 8 Matemática: 8 Ciência da Computação: 3 Pode-se concluir que das 80 vagas da Engenharia Computacional destinadas a esses alunos ao longo dos últimos dois anos, 61 estão retidas, ou seja, mais de 76%. Em virtude do emprego de uma estrutura curricular baseada em dois ciclos de formação, não existem dados computados de evasão para a Engenharia Computacional (segundo ciclo). Por isso, nos diagnósticos apresentados em anexo, foram considerados os dados referentes ao curso de Bacharelado em Ciências Exatas. Dentre as possíveis razões que expliquem a evasão e retenção do curso, acredita-se que muitos estudantes, ao optarem pela Engenharia Computacional através do ingresso pelo Bacharelado em Ciências Exatas, fazem uma ideia equivocada desse curso. Eles entendem a tecnologia enquanto equipamento, mas não sabem qual é a atividade a ser exercida pelo profissional e não imaginam a dedicação exigida pelas disciplinas a serem cursadas, principalmente nos primeiros anos. Além disso, por ter sido criado recentemente, ainda não houve uma divulgação ampla do curso para a sociedade, capaz de atrair significativamente alunos com vocação para a área. Isto resulta em baixa relação candidato por vaga durante o

10 processo seletivo, e, consequentemente, no ingresso de um número maior de alunos com deficiências de educação básica. Um dos motivos que agravam a situação é que, na maioria das vezes, as classes comportam um número grande de alunos e estes se sentem intimidados em estabelecer diálogo com os professores, que, por sua vez, não conseguem estabelecer um canal de comunicação mais voltado as necessidades individuais de cada aluno. Esta situação pode acarretar em um bloqueio de aprendizagem. Estes são fatores que contribuem para a evasão escolar e que podem ser combatidos ou amenizados com iniciativas que se alinham com o Programa de Educação Tutorial, diferentemente daqueles associados às bases financeiras da evasão, cuja solução depende de ações do poder público. Um grupo PET proporciona maior integração do estudante com a instituição e renova as suas expectativas em relação à sua formação. A criação de um novo estímulo o faz perceber a importância do seu investimento em favor da conclusão do curso e obtenção do seu diploma. As ações extensionistas de um grupo PET em Engenharia Computacional darão maior visibilidade ao curso, principalmente quando forem realizadas no âmbito das escolas de ensino básico, oferecendo aos jovens o conhecimento prévio da nova carreira que se coloca como opção. Mesmo na Universidade, o grupo PET exercerá um papel importante em relação ao aluno recém-matriculado, por exemplo através da atuação junto às disciplinas Introdução à Engenharia Computacional e Introdução às Ciências Exatas, apresentando exemplos de aplicação prática dos conhecimentos adquiridos ao longo da formação de um engenheiro computacional. As aulas nestas disciplinas com a ajuda dos bolsistas do grupo PET podem melhorar a adaptação do aluno no curso, identificar fragilidades e auxiliar na elaboração de um diagnóstico mais preciso do problema da evasão e da retenção escolar, através do diálogo constante e da aplicação de questionários que avaliem as expectativas ao início do semestre e seus atendimentos ao seu final. Durante o semestre, diversas informações serão passadas sobre a universidade, o curso, a profissão, o mercado, dentre outras, buscando-se sempre motivar os discentes. A inclusão de um grupo PET em Engenharia Computacional acabará por contribuir também com o fortalecimento do Bacharelado em Ciências Exatas, pois ambas se apoiam em uma formação universitária baseada em conceitos amplos e básicos, mais próxima da

11 interdisciplinaridade e mais adequada a uma capacitação do profissional para enfrentar os problemas advindos de um frenético desenvolvimento tecnológico. Através do acompanhamento aos alunos bolsistas por parte do tutor e do contato estreito com os demais professores colaboradores, será possível identificar mais prontamente quais são as barreiras que se opõem à realização das atividades necessárias, refletindo na melhoria da qualidade acadêmica do curso como um todo. Descrição geral do curso A grade curricular do curso considera obrigatórios os usuais conteúdos em matemática, física, química e engenharias e também conhecimentos em computação, métodos numéricos e mecânica. Apresenta-se uma lista de disciplinas para livre escolha (disciplinas de Formação Complementar) versando sobre os seguintes tópicos: a) metodologia científica e tecnológica; b) comunicação e expressão; c) administração; d) economia; e) humanidades e ciências sociais; f) ciências do ambiente. O aluno deve ainda escolher dentre uma grande quantidade de disciplinas eletivas aquelas que lhe permitam um aprofundamento em áreas de seu interesse particular durante a graduação. São previstas na grade do curso atividades curriculares eletivas, que podem ser computadas como créditos eletivos até um limite de 4 créditos, tais como: participação em congressos científicos, participação em seminários e mini-cursos e outras atividades afins mediante avaliação do colegiado de curso [3]. Atuam prioritariamente no curso professores da Faculdade de Engenharia, lotados no Departamento de Mecânica Aplicada e Computacional e, do Instituto de Ciências Exatas, lotados nos Departamentos de Ciências da Computação, Estatística e Matemática. Motivação Há um apelo urgente para o país ganhar competitividade na descoberta científica. Diante disso, o curso de Engenharia Computacional da UFJF reconhece a importância das universidades alterarem significativamente sua estrutura organizacional e promoverem e premiarem a pesquisa colaborativa, interdisciplinar e de inovação tecnológica. Propõe-se, assim, a criação de um grupo PET em Engenharia Computacional, oferecendo uma educação extra-curricular e atividades de pesquisa, de ensino e de extensão cuja motivação principal seja o combate à evasão e retenção de estudantes como forma de fortalecer o curso.

12 Haverá iniciativas acadêmicas, científicas, tecnológicas e culturais que efetivamente auxiliarão os alunos a adquirirem as habilidades e competências disciplinares e interdisciplinares requeridas para a sua formação: o aprender a aprender, a capacidade de trabalhar em equipe, adaptabilidade, perseverança e o interesse em resolver problemas interdisciplinares. Os alunos que participarem destas experiências poderão perceber a importância de se tornarem ativos na computação, tanto quanto na teoria e na experimentação e estarão, desta forma, mais preparados para uma transição bem sucedida, seja diretamente para o mercado de trabalho ou para programas de pós-graduação, notadamente os de nível stricto sensu. Envolvimento Institucional com o desenvolvimento da proposta O Instituto de Ciências Exatas propõe uma formação universitária baseada em conceitos amplos e básicos, mais próxima da interdisciplinaridade, e a adoção de uma visão humanística abrangente e aplicada [4]. Enquanto isto, a Faculdade de Engenharia tem como missão proporcionar aos seus alunos uma educação de qualidade, por meio de tecnologias modernas e de professores e servidores comprometidos com a humanização, a ética e a responsabilidade social [5]. A Faculdade de Engenharia propõe como valores a serem adotados o comprometimento, o conhecimento, a formação, a ética nas relações e a transparência. O Centro de Ciências é um órgão suplementar da Reitoria da Universidade Federal de Juiz de Fora UFJF, tendo como meta atender ao público acadêmico de todos os níveis de ensino, bem como a sociedade em geral. Tem como objetivos desenvolver atividades relacionadas à Educação Científica em todos os níveis de ensino, com a participação de docentes e acadêmicos de diversas Unidades Acadêmicas da UFJF, além de facultar o uso de suas instalações e recursos disponíveis para as Escolas de Educação Básica, os diversos cursos e áreas da UFJF e para outras instituições. O Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional propõe-se a formar profissionais que tenham uma compreensão ampla das técnicas de modelagem computacional. Durante o curso, os alunos têm a oportunidade de aplicar estes modelos a diversos problemas, em função do perfil dos pesquisadores envolvidos no Programa e de seus interesses acadêmicos. É neste ambiente conjunto que está inserida a presente proposta, contando com a participação efetiva de docentes de diversos departamentos tanto da Faculdade de Engenharia quanto do

13 Instituto de Ciências Exatas e do Centro de Ciências da UFJF unidos com o propósito comum de formar um engenheiro de sólida formação básica e capaz de identificar, enfrentar e solucionar problemas multidisciplinares. Circunstâncias que favorecem a execução das ações/atividades propostas Dentre as circunstâncias que favorecem a execução das atividades aqui propostas, citam-se: A participação de professores oriundos dos departamentos de Mecânica Aplicada e Computacional e de Ciência da Computação, com experiências variadas no âmbito da pesquisa e/ou da extensão, com perfis e experiências profissionais complementares, o que permite garantir a realização de todas as atividades previstas no programa e, já logo no início do programa, permitindo o contato dos bolsistas PET com alunos que já atuam nas diversas áreas; A extensão é vista pela UFJF como uma das formas de responder às questões mais imediatas da população, interagindo e procurando atender às demandas da comunidade na qual está inserida. A Pró-Reitoria de Extensão e Cultura (PROEXC) busca dar oportunidade a todas as unidades, de forma igualitária, para que desenvolvam seus projetos, ampliando os espaços de aprendizagem através da vivência de situações práticas e do desenvolvimento e aplicação de pesquisas nos diferentes campos do conhecimento; A participação direta de professores do Programa de Pós-Graduação Multidisciplinar em Modelagem Computacional, favorecendo a interação de alunos de graduação e pós-graduação e a troca de informações de caráter multidisciplinar; A participação do Centro de Ciências da UFJF, órgão multidisciplinar regulamentado pela resolução no 15/2006 da UFJF, cuja função básica é apoiar atividades de Educação Científica e Educação Básica para disseminar o conhecimento para a sociedade como um todo: neste Centro, os bolsistas poderão participar de atividades, cursos e programas de formação voltados para alunos e professores do Ensino Fundamental e Ensino Médio, sob orientação do diretor do órgão, que colabora com esta proposta; e A integração com outros grupos PET da UFJF, notadamente os da Engenharia Elétrica e Engenharia Civil, que contam com a experiência de 22 e 5 anos, respectivamente. OBJETIVOS

14 1.1. Objetivo Geral: O objetivo geral do PET é promover uma formação ampla e de qualidade acadêmica dos alunos de graduação envolvidos direta ou indiretamente com o programa, estimulando a fixação de valores que reforcem a cidadania e a consciência social de todos os participantes e a melhoria dos cursos de graduação. Estes princípios são totalmente condizentes com as diretrizes do Plano de Desenvolvimento Institucional, conforme contextualizado no princípio desta proposta. Espera-se, em comunhão com o Projeto Político Pedagógico do curso de Engenharia Computacional, contribuir com a missão da Universidade de mobilizar e disponibilizar os diferentes saberes para a promoção do desenvolvimento regional e nacional, comprometendo-se com a preservação dos valores éticos, políticos, culturais, sociais e ambientais de uma sociedade Objetivos Específicos: i. Combate à evasão dos estudantes no âmbito do curso de graduação em Engenharia Computacional; ii. Reduzir as taxas de reprovação por frequência e de retenção dos estudantes; iii. Promover a inovação tecnológica no âmbito da graduação em Engenharia Computacional; iv. Estimular a melhoria do ensino de graduação através do desenvolvimento de novas práticas e experiências pedagógicas; v. Facilitar o acesso ao processo de formação e qualificação; vi. Fortalecer o curso de graduação em Engenharia Computacional; vii. Promover o entendimento do Método Científico e do propósito da Engenharia Computacional; viii. Incitar a interdisciplinaridade; ix. Colocar o aluno em contato com os problemas da comunidade na qual está inserido, estimulando a identificação de problemas e a atuação direta na mudança desta realidade; x. Atrair estudantes do ensino médio para a Engenharia Computacional, incentivando e despertando na vocação para a prática da Engenharia; e

15 xi. Gerar demanda qualificada para os cursos de mestrado e doutorado do país, em especial para o Programa de Pós-Graduação Multidisciplinar em Modelagem Computacional da UFJF. 2. DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES DE ENSINO, PESQUISA, EXTENSÃO 2.1. Atividades Gerais Semanalmente os bolsistas e tutor se reunirão para tratar das atividades diversificadas do grupo, refletindo sobre o planejamento, andamento e atendimento ao cronograma previsto, num clima de informalidade e cooperação. Discutirão sobre as dificuldades na execução das tarefas e buscarão solucioná-las juntos, exercitando a capacidade de trabalhar em equipe. Os professores colaboradores serão constantemente convidados a participar destas reuniões, fomentando a comunicação e troca de informações entre todos os envolvidos no curso. Semestralmente haverá reuniões com o intuito de se redigirem relatórios parciais e finais das atividades, relatórios de caráter construtivo de auto-avaliação de alunos e tutor, e planejamento de ações futuras. Frequentemente o grupo se reunirá também para a preparação de material de divulgação (artigos e pôsteres) para a participação em eventos do Programa PET (InterPET, UaiPET, SudestePET e EnaPET) e outros de natureza acadêmica, científica e/ou extensionista. Os bolsistas do grupo serão estimulados a matricularem-se nas disciplinas de inglês ofertadas pela própria universidade e, periodicamente, serão realizadas oficinas internas de redação e conversação em inglês de temas livres, preferencialmente ligados à cidadania, política ou cultura. Assim que adquirirem um pouco de desenvoltura, essas oficinas poderão ser estendidas aos demais alunos do curso. Serão planejadas atividades culturais, prestigiando os espaços culturais mantidos pela própria Universidade. Crê-se que as atividades de ensino e de extensão aqui propostas podem ser realizadas em conjunto por bolsistas de diferentes estágios no fluxo da graduação em Engenharia Computacional, permitindo que as relações tutoriais se estabeleçam também entre eles. As atividades de pesquisa nesta área, entretanto, costumam ser desempenhadas por um número mais limitado de alunos por projeto, dependendo, sobretudo, do método empregado pelos professores orientadores que colaborarão com o grupo PET em Engenharia Computacional.

16 Desta forma se mantém o equilíbrio entre a participação individual e coletiva dos bolsistas. Ressalta-se que a maioria dos professores atua no Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional e, naturalmente, os bolsistas PET interagirão com os alunos de mestrado e doutorado deste programa Atividades de Ensino Introdução à Engenharia Computacional ( visando atender ao objetivo específico i) Na disciplina MAC011 Introdução à Engenharia Computacional - há palestras sobre temas diversos relacionados à Engenharia Computacional, ministradas por professores do curso e profissionais que atuam nas diversas áreas de interesse. Os bolsistas do grupo PET poderão auxiliar nas diversas atividades práticas e computacionais, além de abordarem sobre noções de empregabilidade. Com a ajuda dos bolsistas do grupo PET, as aulas desta disciplina podem melhorar a adaptação do aluno no curso, identificar fragilidades e auxiliar na elaboração de um diagnóstico mais preciso do problema da evasão e da retenção escolar, através do diálogo constante e da aplicação de questionários que avaliem as expectativas ao início do semestre e seus atendimentos ao final do mesmo. Durante o semestre, diversas informações serão passadas sobre a universidade, o curso, a profissão, o mercado, dentre outras, buscando-se sempre motivá-los Nivelamento e Monitorias (visando atender ao objetivo específico ii) Em acordo firmado entre o CLA e a coordenação do Bacharelado em Ciências Exatas, ficou estabelecido que o grupo PET em Engenharia Computacional colaborará nas monitorias das disciplinas com maiores índices de reprovação e em cursos de nivelamento que visem sanar deficiências prévias do aluno que ingressa no curso Modelagem Geométrica (visando atender aos objetivos específicos iii e iv) Como os alunos devem trabalhar com modelagem e simulação, que são partes integrantes dos estudos da Engenharia Computacional, sempre encontrarão a necessidade de expressar os resultados graficamente. Para isto deverão utilizar ferramentas no nível apropriado, ao invés de técnicas gráficas sofisticadas, já que o objetivo de seus estudos é o desenvolvimento de habilidades amplas no processo científico geral e não o de se tornarem especialistas em métodos de visualização científicos ou de ferramentas específicas. Neste contexto, integra o currículo do curso a disciplina Representação Gráfica e Modelagem Geométrica. Em particular, a modelagem geométrica é uma representação que usa a linguagem da geometria

17 através do auxílio do computador, sendo que técnicas cada vez mais inovadoras permitem que se faça isso também no mundo 3D. Os alunos do PET terão a oportunidade de irem além, se aprofundando no aprendizado desta disciplina e retransmitindo o conhecimento adquirido por meio de cursos intensivos voltados para a representação visual de modelos, observando quantas variações são possíveis. Nestes cursos será abordada a modelagem geométrica parametrizada, através da geração de scripts em Python para automatização do pré e pósprocessamento de modelos computacionais de forma rápida, prática e sistemática. Além disso, deverão criar apresentações e animações dos modelos geométricos sugeridos e/ou criados, que serão mostradas visualmente ao público através de cartazes e pela internet, contribuindo assim para a disseminação e popularização dos conceitos científicos Curso de Mídias Digitais (ensino e extensão) As tecnologias de informação e comunicação, TIC, estão cada vez mais disseminadas no cotidiano atual e têm transformado as relações socioculturais. A infusão das TICs na educação, contudo, gera duas questões cruciais: quando utilizar a tecnologia em sala de aula e como utilizar esses novos recursos? A tecnologia deve estar a serviço dos conteúdos para que se justifique levá-la para a sala de aula [6,7]. Ela não deve ficar restrita à transposição de dados do papel para o computador, ou à substituição das aulas expositivas por transparências ou slides para data-show, utilizado apenas como uma forma aprimorada da lousa. O desenvolvimento do conteúdo deve ser mais atrativo e gerar pesquisa, debate e diálogo, tornando o aluno mais participativo e não só ouvinte do professor. Com a popularização da informática, o percentual de escolas públicas com laboratório de informática cresceu. De 1999 a 2006, passou de 46% para 63% no ensino médio e de 8% para 19% no fundamental [8]. Deparamo-nos com um novo panorama: instituições dotadas de equipamentos, mas com baixa qualificação dos professores, colocando em risco o investimento feito. As causas principais desta realidade são a escassez de profissionais capazes de atuar na formação dos professores, além da falta de manutenção dos equipamentos e das instalações, responsabilidade de estados e municípios. A partir da formação de um grupo PET na Engenharia Computacional, propõe-se uma parceria com o Centro de Ciências da UFJF para trabalharem no sentido da inclusão digital dos professores e alunos da educação básica. Esta atividade tem como objetivo fazer a difusão de

18 novas possibilidades para o ensino escolar através de cursos de mídias digitais voltados para professores e alunos da rede pública no Centro de Ciências da UFJF Recursos Educacionais abertos (visando atender aos objetivos específicos v) Disponibilizar recursos educacionais abertos é a nova tendência do ensino a distância [9]. O material didático de instituições de ensino de renome, tais como o MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) e a Open University (Universidade Aberta do Reino Unido), encontra-se disponível na rede para que interessados de quaisquer países, inclusive do Brasil, possam acessá-lo. Com o objetivo de introduzir a filosofia e incentivar o aluno a participar da comunidade de recursos abertos, se propõe como atividade inicial o desenvolvimento de documentos colaborativos, que devem ser armazenados num servidor de hospedagem, como o Project hosting do Google, de forma que possam ser acessados e modificados sob o controle dos membros do projeto. Durante esta atividade serão introduzidos conceitos a respeito de controle de versão, que serão úteis no desenvolvimento de outros projetos computacionais mais sofisticados, principalmente quando realizados em equipe. Além de notas-de-aula, tutoriais e vídeo-aulas, o material pode ser incrementado com anotações realizadas durante cursos, palestras e seminários atendidos pelos alunos, além de recursos obtidos através da internet e resultados de experimentos. Apesar do acesso ao material disponibilizado não fornecer titulação e nem certificação, acredita-se que tal iniciativa possa contribuir para o enriquecimento e a expansão do conhecimento Sistemas de Álgebra Computacional (visando atender aos objetivos específicos iv e v) O emprego de sistemas conhecidos de álgebra computacional, como o Matlab, Maple, Mathematica, etc., para resolver os mais distintos problemas bem como para validar suas soluções, reduz a quantidade de código necessário para implementar os modelos e métodos de solução. Poderosas ferramentas de modelagem como estas reduzem as barreiras para a exploração do estudante: simulações significativas podem ser implementadas com um pequeno programa ou uma pequena sequência de comandos. De acordo com a proposta de inserir o aluno na comunidade de recursos abertos serão apresentadas alternativas aos sistemas comerciais: Sage, Octave, Scilab, Freemat. A proposta é que sejam ministrados mini-cursos sobre os mesmos, apresentando os comandos e seus pacotes básicos. Mensalmente, um ou dois exercícios computacionais serão apresentados. A resolução do problema, junto com o

19 registro de suas etapas, o código associado e um pequeno relatório onde os alunos interpretem os resultados, devem ser armazenados de acordo com as regras dos documentos colaborativos sugeridos no item anterior Mini-cursos (visando atender aos objetivos específicos vi) Sketch UP este é um software gratuito de modelagem em 3D, que permite a criação de objetos para uso em Engenharia, Arquitetura ou Artes em geral. É possível reproduzir ambientes, criar objetos e animações. Introdução à linguagem de programação Java a tecnologia Java permite a criação de programas versáteis, que atendam a qualquer necessidade. Ela é ideal ao desenvolvimento de software para web (computação em nuvens) porque um mesmo programa pode executar em qualquer sistema operacional (Windows, Linux, Mac, etc.). Abaqus/CAE versão educacional - este programa apresenta módulos de solução completa para a modelagem, visualização e automação de processo em elementos finitos do Abaqus. Com o Abaqus/CAE se pode criar, editar, acompanhar, diagnosticar e visualizar eficientemente as análises avançadas do Abaqus. A interface intuitiva integra modelagem, análise, gerenciamento do trabalho e visualização de resultados num ambiente consistente, fácil de usar e simples de aprender para novos usuários, sendo mesmo assim altamente produtivo para usuários experientes. Serão apresentadas as ferramentas básicas para simulação de modelos de mecânica dos sólidos e dinâmica dos fluidos. Introdução ao Phyton Python é uma linguagem de programação de alto nível orientada a objetos. Além disso, o Python foi desenvolvido para ser uma linguagem de fácil leitura, com um visual agradável. Serão apresentadas as funcionalidades básicas de tal linguagem. Introdução a Visual Basic.net - Visual Basic.NET é uma linguagem de programação orientada a objetos criada pela Microsoft e distribuída com o Visual Studio.NET. Tem como característica marcante o uso de assistentes para criação de seus códigos. Será criada uma calculadora estatística simples capaz de calcular Média, Desvios da Média, Quadrado dos Desvios, Soma dos Quadrados dos Desvios, Variância, Desvio Padrão. Introdução ao LaTeX - LaTeX é um sistema de preparação de documentos de alta qualidade. É geralmente utilizado em documentos técnicos ou científicos por permitir grande facilidade de formatação, principalmente em áreas matematizadas. LaTeX não é um processador de textos, ao invés disso, permite que os autores não se preocupem tanto com a aparência de seus documentos e sim com seu conteúdo. Será realizada uma introdução

20 ao LaTeX, abordando como construir e formatar seus documentos científicos de forma simples e organizada Atividades de pesquisa Modelagem Matemática e Computacional visando atender aos objetivos específicos vii e viii A modelagem matemática e computacional está cada vez mais presente nos avanços científicos e tecnológicos da humanidade. Na Fórmula 1, engenheiros utilizam modelagem computacional para melhorar a aerodinâmica de carros e diminuir custos com túnel de vento. A descoberta do pré-sal tem alavancado o uso de modelagem computacional, com o intuito de descobrir formas eficientes para a sua exploração. Na área biomédica, vários estudos buscam melhor entender o comportamento de doenças. Aparelhos e fármacos podem ser desenvolvidos com o objetivo de curar ou controlar doenças. Com as atividades de pesquisa, os bolsistas do grupo PET desenvolverão atividades de inovação tecnológica, envolvendo modelagem matemática de problemas ligados à engenharia: diversos problemas relativos à análise estrutural, ao transporte de massa e calor, aos escoamentos em meios porosos, etc., são modelados por sistemas de equações diferenciais que guardam uma grande semelhança entre si. A grande maioria dos modelos matemáticos empregados para a representação de problemas práticos não possui soluções exatas (ou analíticas). Isto é, o ferramental matemático desenvolvido pelo homem não é, por si só, suficiente para a simulação de fenômenos cotidianos. Neste sentido torna-se necessário o uso de métodos numéricos para a resolução dos modelos matemáticos, desde o uso de métodos para a resolução de equações diferenciais (tais como o Método dos Elementos Finitos, o Método de Volumes Finitos e o Método de Diferenças Finitas) ao uso de métodos específicos para a resolução de sistemas de equações algébricas lineares. Neste tópico os bolsistas serão orientados ao estudo de métodos numéricos para a resolução de modelos simplificados, identificando a necessidade do uso de diferentes métodos para cada tipo de modelo matemático a ser aproximado. Os bolsistas do grupo PET serão orientados por professores que colaboram com a proposta. Cada projeto deve envolver pesquisa, análise e componentes computacionais. Os bolsistas serão capazes de utilizar, com senso crítico, hipóteses simplificadoras (homogeneidade das propriedades dos sistemas, redução das dimensões espaciais, entre outras) de forma a obter modelos que possam ser calibrados com dados experimentais (coletados através de experimentos laboratoriais ou obtidos da literatura), capacitando-os à compreensão do

21 processo de modelagem computacional como um todo: desde a observação do fenômeno à sua simulação com o uso de métodos computacionais. Um relatório técnico ou um artigo deve ser feito, descrevendo todos os aspectos envolvidos na realização do trabalho. Será uma oportunidade dos estudantes trabalharem com os membros do corpo docente, ajudando-os a resolver problemas ou a produzir ferramentas úteis associadas à engenharia computacional. Baseando-se nos trabalhos recentes desenvolvidos pelo corpo docente do Programa de Pós- Graduação Interdisciplinar em Modelagem Computacional, são sugeridos alguns temas para iniciações científicas: Análise, modelagem e desenvolvimento de sistemas computacionais para simulação de sistemas biológicos e biomecânicos; Simulações do Sistema Imune Inato; Modelagem de variáveis qualitativas por meio de redes neurais artificiais; Simulações do Comportamento Dinâmico de Estruturas Amortecidas; Simulação de modelos de células cardíacas; Otimização de Estruturas Reticuladas; Modelagem dos fenômenos de transporte termohídricos em meios porosos; Objetos de Aprendizagem - visando atender aos objetivos específicos vii e viii Será criada uma linha de pesquisa com os chamados objetos de aprendizagem, em cuja filosofia os professores continuam sendo os protagonistas, mas passam a ter uma ferramenta capaz de transformar o aprendizado em um grande prazer para os alunos. Os objetos de aprendizagem quebram o conteúdo disciplinar em pequenos trechos que podem ser reutilizados em vários ambientes de aprendizagem. São exemplos animações e simulações, através das quais se podem testar diferentes caminhos, acompanhar a evolução temporal das relações de causa e efeito e visualizar conceitos de diferentes pontos de vista. Uma ideia inicial propõe a construção de situações didáticas que tenham com objetivo o ensino da apresentação e interpretação de gráficos, utilizando "softwares livres", que são produtos de desenvolvimento compartilhado na comunidade e de uso livre, ou seja, que não depende de aquisição de licença, podendo ser, de imediato, instalados em computadores pessoais e em computadores dos laboratórios das escolas. Isto porque os gráficos têm sido reconhecidos como poderosos sistemas de representação que permitem sistematizar dados, possibilitando a

22 compreensão do todo e não apenas de aspectos isolados das informações tratadas. Por exemplo, no contexto da mídia impressa, os gráficos são cotidianamente utilizados para descrever e informar aspectos de diversas notícias. Entretanto, diversas pesquisas [10] indicam que a atividade de interpretação de gráficos não se constitui na apreensão automática das informações expressas pelos mesmos. Ao contrário, esta atividade envolve tanto processos cognitivos diretamente relacionados a conhecimentos matemáticos, como às experiências prévias das pessoas [11]. 3. Atividades de extensão 3.1. Competições entre os alunos do curso de Engenharia Computacional A prototipagem é uma atividade que tem ganhado espaço no meio tecnológico. Com auxílio de softwares de modelagem geométrica podem-se construir modelos. Estes podem ser impressos, utilizando impressoras 3D, um equipamento eficiente que possui um bom custo-benefício, pela agilidade do serviço. Os bolsistas do grupo PET Engenharia Computacional podem organizar um concurso de modelagem geométrica, onde a avaliação dos modelos será feita a partir da impressão dos mesmos, necessitando-se buscar o patrocínio de firmas que comercializam o equipamento. Com isso a comunidade acadêmica conhecerá as funcionalidades da impressora 3D, um equipamento ainda pouco conhecido. Este tipo de atividade desafia o aluno e mostra a eficiência da modelagem geométrica na criação de modelos funcionais. Outro equipamento na área de prototipagem é o Scanner 3D. Este pode gerar modelos geométricos, através da captação de imagens por câmeras. Estes modelos podem ser melhorados e impressos, otimizando ainda mais o processo de prototipagem. Existem tutoriais na internet que ensinam como construir um Scanner 3D. A competição, neste caso, seria para ver qual equipe monta o Scanner 3D mais eficiente Material educativo de computação para alunos do Ensino Médio Participar de programas de extensão educativos no ensino médio e fundamental, embora possa não gerar impacto significativo sobre o conteúdo do curso, provê oportunidades adicionais para a sua experiência profissional, uma vez que melhora a compreensão dos alunos e suas habilidades de comunicação em particular. Propõe-se que os alunos bolsistas do PET coletem, desenvolvam e distribuam material educativo que envolva temas associados à computação, para ser utilizado por alunos do ensino médio. Tal material deve seguir o