Design de Dispositivos: uma Abordagem Interdisciplinar

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1 Design de Dispositivos: uma Abordagem Interdisciplinar João Vilhete Viegas D'Abreu Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP Núcleo de Informática Aplicada à Educação - NIED Cidade Universitária Dr. Zeferino Vaz Bloco V da Reitoria 2º. Piso Distrito de Barão Geraldo CEP Campinas - São Paulo - BRASIL Telefone: (0192) e Fac-símile: (0192) JVILHETE@TURING.UNICAMP.BR Resumo O Núcleo de Informática Aplicada à Educação - NIED/UNICAMP tem se preocupado ao longo destes anos com o que podemos chamar de robótica pedagógica, isto é, a implementação de dispositivos interfaceáveis com o computador com finalidades educacionais. Assim, a expansão do uso do computador tem se dado através da sua utilização para controlar alguns objetos no mundo externo. Ou seja, fora da tela. A robótica pedagógica expande o ambiente construcionista Logo criando condições para que o Logo, além de controlar a Tartaruga da tela do computador, controle também dispositivos que estão fora do computador. Porém, isto deve ser feito guardando todas as características pedagógicas da metodologia Logo. Ou seja, preservando a "estética" Logo. Com isso, a nossa pretensão é enriquecer o ambiente Logo, na medida em que disponibilizamos mais ferramentas para o usuário manipular, aumentando a gama de atividades que poderão ser desenvolvidas, sem contudo perder de vista a idéia da Tartaruga original: fácil de ser programada e constituir um objeto de mediação de pensamento. Este trabalho discute a implementação dos dispositivos sob dois enfoques: primeiro, os processos de construção, elaboração do programa de controle e criação da metodologia de uso, vistos como atividades de design. Segundo, a abordagem interdisciplinar que pode ser associada à utilização dos dispositivos, tendo como exemplo, o ambiente LEGO-Logo. Introdução Na implementação de dispositivos controlados através do computador com finalidades educacionais três componentes importantes no design destes dispositivos devem ser ressaltados. Primeiro, a construção em si que, neste contexto, significa criar algo que seja passível de ser interfaceado com o computador de forma simples. Segundo, a elaboração do programa para controlar o dispositivo. Este programa deve apresentar características pedagógicas que permitam ao aluno descrever de forma simples e rápida via computador, o funcionamento do objeto em questão um robô, por exemplo. Terceiro, a metodologia de utilização do dispositivo, deve ser desenvolvida de modo a permitir o uso deste com uma determinada finalidade, possibilitando também, diversificar e expandir a utilização do computador no ambiente educacional, propiciando assim a construção do conhecimento por parte do aluno. Estes três componentes, de design são partes intrínsecas do trabalho no NIED no que tange ao desenvolvimento das atividades de robótica pedagógica. Resumidamente estes componentes podem ser descritos assim:

2 Design da construção de dispositivo Consiste na implementação de circuitos, interfaces eletrônicas e do objeto que, conectado ao computador passa a obedecer a comandos dados pelos usuários via teclado, cartões com códigos pré-estabelecidos, sinais de rádio ou outro meio qualquer. A construção de um dispositivo envolve algumas heurísticas: dividí-lo em partes algumas vezes; outras vezes, entendê-lo primeiro a nível macro e, depois, a nível de detalhes; montagem de protótipos, etc.. Alguns destes dispositivos são: Tartaruga Mecânica, Traçador Gráfico, Montagens Lego, Slot Machine, Laboratório de Ciências, etc.. Design da elaboração do programa Consiste na criação de novas funções primitivas Logo, que normalmente guardam todas as carcaterísticas da linguagem Logo original. Ou seja, para controlar o dispositivo através do computador, o usuário utiliza estes novos comandos. Ele usa, na verdade, um Logo com um elenco de primitivas maior. A implementação destes comandos é uma atividade que permite que o usuário se sinta mais "confortável" na medida em que ele estará trabalhando num ambiente Logo que suporta e dá forma a sua exploração. Algumas destas novas funções primitivas são para o controle do Traçador Gráfico (COMTRAÇADOR, MUDEESCALA, QUALESCALA, SEMTRAÇADOR) e para controle do LEGO (LIGAMOTOR, LIGAPOR, DESLIGAMOTOR, LIGASENSOR, etc.). Design da metodologia de utilização O desenvolvimento da metodologia de utilização do dispositivo guarda uma certa sutileza, pois deve prever uma síntese da construção do objeto e da elaboração do programa de controle Ou seja, a metodologia de uso é a concretização dos dois processos anteriores. Esta concretização no entanto, não depende somente da implementação do hardware ou do software em si, que são partes do dispositivo. Em outras palavras: não basta fazer o dispositivo mais sofisticado. Só isso é muito pouco. É preciso desenvolver algo que não seja parte do dispositivo, mas que é fundamental para que seu uso provoque alguma mudança no processo de aprendizagem. Isto depende de toda uma mudança de postura do professor na utilização do dispositivo com o objetivo de construir o conhecimento. A meu ver, no contexto de utilização do computador como instrumento pedagógico, o desenvolvimento de uma metodologia deve propiciar subsídios para uma diversificação, diferenciação e expansão na forma de aquisição e manuseio de conceitos de ciências. Isto está relacionado com a possibilidade de se ter diferentes heurísticas, pontos de vista, para resolver um mesmo problema (Ackermann, 1994), que por sua vez tem a ver com a inter-relação entre as diferentes áreas do conhecimento. E, finalmente, esta inter-relação tem a ver com a elaboração de uma metodologia que busque alcançar a interdisciplinaridade. Para entender como a elaboração da metodologia e a prática de utilização dos dispositivos na sala de aula poderá levar à interdisciplinaridade, é preciso compreender a definição do termo em si, bem como as suas implicações no ato educativo. A seguir, apresento uma breve descrição do que é a interdisciplinaridade. O que é a Interdisciplinaridade A interdisciplinaridade começou a ser estudada no Brasil na década de 1970 com Hilton Japiassu. Nesta mesma época, Ivani Fazenda, desenvolveu uma pesquisa direcionada à análise das proposições de interdisciplinaridade. Seus estudos constataram que havia um desinteresse geral por parte dos educadores da época em entender a amplitude das questões voltadas à interdisciplinaridade (Fazenda, 1994). Além destes autores, temos alguns outros como: Semilla, Surco, Pierre Weil, Ubiratan D'Ambrósio, Roberto Crema, etc. que vêm estudando este assunto ao longo destes anos. Para Japiassu, a interdisciplinaridade é explicada como sendo a axiomática comum a um grupo de disciplinas conexas e definida no nível hierárquico imediatamente superior, introduzindo assim a noção de finalidade (Japiassu, 1976). Para Fazenda, a interdisciplinaridade é a atitude diante do conhecimento, que implica em mudança de postura frente a questão do saber e da vida (Fazenda, 1993). Para ela, a interdisciplinaridade se faz em parceria que propicia cooperação, trabalho, diálogo entre as pessoas, entre as disciplinas e entre outras formas de conhecimento, (Fazenda, 1994). Para Berger, a interdisciplinaridade é a interação entre duas ou mais disciplinas abrangendo comunicação de idéias integração mútua de conceitos, metodologias, procedimentos epistemologias, terminologias, etc. (Berger, 1972). A interdisciplinaridade é definida também como "síntese de duas ou mais disciplinas, instaurando um novo nível de discurso, (metanível), caracterizado por uma nova linguagem descritiva e novas relações estruturais" (Weil et all, 1993 pg. 31). Poderíamos continuar citando outras inúmeras definições da interdisciplinaridade que são apresentadas na literatura porém, este não é o propósito deste artigo. Entretanto, mesmo de forma sucinta, é importante ressaltar algumas condições da interdisciplinaridade evidenciadas na literatura, que certamente nos servirão de aporte ou fundamentação teórica para

3 abordarmos esta questão no trabalho com robótica pedagógica. Estas condições são: Mudança de Postura, Diálogo/Cooperação, Metodologia, Dúvida/Indagação e Significação. Mudança de Postura: O trabalho interdisciplinar envolve um rigor científico, uma ordem. Isto deve implicar numa mudança de atitude do professor, que por sua vez refletirá na mudança de postura do aluno frente ao conhecimento (Garcia, 1995). Tanto o professor quanto o aluno terão que mudar para compreender que o conhecimento não existe, a priori, pronto e acabado, faz parte do compromisso de ambos participar da elaboração do mesmo. Diálogo/Cooperação: Deve existir no ambiente interdisciplinar um diálogo tanto entre os pares: colegas e professores; quanto entre as disciplinas, os conteúdos destas, para que haja troca de idéias. Para Paulo Freire, o diálogo começa quando o educador pergunta em torno "de quê" ele vai dialogar com seus alunos (Freire, 1987). O diálogo mantido no ambiente interdisciplinar deve ajudar a estabelecer a comunicação e a cooperação entre alunos e professores. Metodologia: É preciso ter uma metodologia bem definida ao realizar um trabalho interdisciplinar. Só assim é possível iniciar a construção do conhecimento voltado para a inter-relação entre as disciplinas e os conteúdos destas, que por sua vez levará à inter-relação e conexão entre os conhecimentos de forma consciente. A metodologia se faz necessária como um meio que nos possibilita atingir um determinado objetivo cognitivo (Japiassu, 1975). Dúvida/Indagação: Em um ambiente interdisciplinar a dúvida conduz à reflexão e esta à ação. Neste contexto, surge a busca de uma teoria que fundamente a prática, em um processo contínuo de indagação e insatisfação (Fazenda, 1994). Significação: Os conceitos a serem trabalhados em um ambiente interdisciplinar devem ser apresentados de forma contextualizados para que os mesmos adquiram um significado e tenham um sentido, principalmente, para os alunos (Garcia, 1995). As condições citadas acima, a meu ver, contribuem para que a interdisciplinaridade seja algo mais do que a simples justaposição entre as disciplinas, que é o que via de regra a escola faz. O nosso trabalho na área de robótica pedagógica, sobretudo no desenvolvimento de metodologia para utilização do sistema LEGO-Logo na escola no que tange ao manuseio de conceitos de ciências, tem sido a forma prática que certamente, nos levará a observar estas condições. A seguir, descrevo resumidamente o que é o sistema LEGO-Logo dentro de uma abordagem interdisciplinar. O Ambiente LEGO-Logo O sistema LEGO-Logo se baseia em um conjunto de peças LEGO que permitem a montagem de dispositivos (máquinas e animais) e em um conjunto de novos comandos Logo que permitem a elaboração de programas que controlam estes dispositivos. Do ponto de vista LEGO as peças são: engrenagens, eixos, roldanas, polias, rodas, motores, lâmpadas, sensores etc.. Do ponto de vista Logo os novos comandos são as novas primitivas acrescentadas às primitivas já existentes. O sistema LEGO-Logo envolve dois tipos de construção: construção de estruturas LEGO e de programas Logo. A associação LEGO-Logo tem sido a forma interessante de se combinar montagem de dispositivos com elaboração de programas no computador. O fruto desta combinação tem sido o surgimento nas escolas de um ambiente de ensino e aprendizagem diferente, no qual os alunos estão demonstrando ser mais criativos, mais inventivos, e mais responsáveis pela sua própria aprendizagem. Para os alunos, o ambiente tem propiciado de forma mais concreta o manuseio de conceitos de Matemática, Física, programação de computadores, e engenharia, ao criar seus inventos. Para os professores, o ambiente tem propiciado o mesmo que propicia aos alunos, e mais ainda, a oportunidade destes resgatarem as relações interdisciplinares que normalmente permeiam os inventos dos seus alunos. O desenvolvimento de uma atividade no ambiente LEGO-Logo envolve a montagem do dispositivo LEGO, controle do mesmo usando o Logo, obtendo como ganho o manuseio de conceitos de ciências que o sistema propicia. Portanto, além do aspecto lúdico que a montagem do LEGO nos proporciona o aspecto educacional deste ambiente também deve ser sempre ressaltado, para que não corramos o risco de privilegiarmos um aspecto em detrimento do outro. Por exemplo, não podemos nos prender somente a montagem do dispositivo esquecendo do controle deste através do computador, nem tampouco deixar de apontar e entender os princípios científicos que regulam o funcionamento da montagem.

4 A propensão das pessoas em privilegiar um aspecto do ambiente mais do que o outro é menor quando estabelecemos algumas condutas para trabalhar, como por exemplo: ao desenvolver um projeto de montagem de um dispositivo devemos antes de tudo definir que máquina ou animal estará representando este dispositivo. Uma vez definido o dispositivo, três aspectos importantes do projeto devem ser considerados: 1º.- A montagem - Envolve a conexão adequada de tijolos, peças mecânicas e componentes elétricos LEGO, para que a montagem final tenha as características básicas do dispositivo (máquina ou animal) que pretendemos montar. Ou seja, no caso da montagem, por exemplo, de um quadrúpede este deve ter quatro patas, cauda, cabeça, orelhas, etc.. 2º.- Programação - É a elaboração do procedimento que controla o dispositivo através do computador, permitindo que o computador simule no dispositivo o comportamneto da máquina ou animal que ele representa, dentro do cenário idealizado para o funcionamento do mesmo. 3º.- O conteúdo - Ao realizar a montagem do dispositivo os mesmos princípios mecânicos físicos, matemáticos, de engenharia de controle, etc, que estão nas máquinas que usamos no nosso dia-a-dia poderão ser trabalhados nas matérias curriculares das escolas. Esta é portanto, a grande riqueza do ambiente LEGO-Logo. Ela será maior ainda se conseguirmos através deste ambiente, criar situações de aprendizado que torne mais amplo e mais variado possível o manuseio de conceitos, isto é, se conseguirmos praticar/vivenciar a interdisciplinaridade. Exemplo de um Projeto no Ambiente LEGO-Logo Numa das oficinas Lego-Logo realizadas no NIED, o desafio de um grupo de alunos era construir um carro que medisse a distância percorrida (D'Abreu, 1993). A construção do carro necessitou de peças como: engrenagens, rodas, eixos, motor, rosca sem fim, polias, roldanas etc.. Além desse material que foi utilizado para montagem da estrutura mecânica do carro, foram usados também tijolinhos comuns na montagem do chassis e da carroceria. O manuseio de todo esse material deu oportunidade aos alunos de conhecerem e descobrirem a utilidade de peças que fazem parte do carro ou de outras máquinas com as quais eles já estavam familiarizados. Das peças mencionadas acima, o uso da rosca sem fim e das engrenagens envolvem conceitos de Física e Matemática que devem ser ressaltados aqui. Para a redução da velocidade do carro alguns alunos utilizaram jogos de engrenagens. Foi feita a combinação de duas engrenagens para se obter redução da velocidade e aumento do torque. A combinação da rosca sem fim e de uma engrenagem, serve para fazer a transmissão da velocidade do motor para o eixo das rodas do carro. A medida em que o carro foi sendo montado foram feitos apertos e folgas necessárias respeitando o atrito entre as peças mecânicas. Um dos programas elaborados para o controle do carro foi o seguinte: Aprenda carro :tp zeratempo Zera o contador de tempo (relógio) atm [ 1 3 ] Ativa o motor e a lâmpada lgs Torna o sensor ativo lgpor :tp Liga o motor e luz por tempo :tp esc ctp Escreve o nº de mudanças de estado do sensor fim

5 Para medir a distância percorrida pelo carro, foi colocado no chassis um sensor de luz e uma lâmpada além é claro, do motor. Portanto, o carro tinha, o motor, o sensor de luz e a lâmpada cujos controles eram feitos através do computador. O motor servia para gerar o movimento dos eixos a lâmpada, emitia a luz para o sensor. O carro tinha também um anteparo fixado ao eixo traseiro, que girando junto com este, permitia a reflexão ou não da luz para o sensor. Com o carro em movimento, o sensor de luz começa a mudar do estado ligado para desligado a medida que o anteparo reflete ou não a luz para o sensor. O computador conta quantas vezes o sensor mudou de estado enquanto o carro esteve em movimento. O número de mudanças de estado do sensor é a resposta que o computador devolve, depois que o carro percorre uma certa distância e pára. Por exemplo, se para percorrer 90 cm o sensor mudou de estado 7 vezes, na tela do monitor aparecerá escrito 7. Se a distância percorrida fosse maior ou menor que 90 cm, ao invés de 7 teríamos um número maior ou menor que 7 na tela. Este exemplo mostra como a utilização de um dispositivo no ambiente LEGO-Logo pode ser uma atividade que leva os alunos a trabalharem de uma forma prática conceitos como: velocidade, força atrito, torque, etc. Questão da Interdisciplinaridade no Ambiente LEGO-Logo Como foi descrito acima o ambiente LEGO-Logo tem demonstrado ser fértil em aprendizagens. Utilizando-se dos inventos criados (montagens LEGO) e da programação Logo, o ambiente tem permitido ao professor e aos alunos, a descrição e reflexão conjuntas sobre o que foi criado, procurando evidenciar sempre os conceitos científicos envolvidos e trabalhados durante o processo de criação. A descrição e reflexão têm levado ao repensar, ao refazer, ao reelaborar, enfim à depuração daquilo que foi feito. Temos verificado que o desenvolvimento de atividades de montagens e controle de dispositivos tende a causar uma mudança de atitude dos usuários do LEGO-Logo, na medida em que a Tartaruga de tela cede espaço a uma máquina ou animal que se movimenta fora da tela. Acreditamos que esta mudança de atitude associada a possibilidade que o LEGO- Logo nos oferece de diversificarmos as nossas montagens, e portanto, trabalhar em alguns diferentes campos das ciências, são condições, pelo menos básicas, para pensarmos em desenvolver metodologias que levem a um trabalho interdisciplinar no ambiente LEGO-Logo. O desenvolvimento de atividades no ambiente LEGO-Logo já traz em si algumas condições importantes tais como: primeiro, o fato de as atividades serem desenvolvidas normalmente em grupo. Isto propicia a cooperação, o diálogo e, consequentemente, o respeito aos diferentes pontos de vista na medida em que todos os elementos do grupo contribuem na realização da atividade. Segundo, o fato de as atividades serem desenvolvidas em forma de projetos. Projeto como tal envolve o design da montagem, da implementação e do controle do dispositivo através do computador. Portanto, LEGO-Logo é uma atividade de design. Terceiro, a realização das atividades tem propiciado o manuseio de diferentes conteúdos de ciências. O desenvolvimento de um projeto pode envolver pesquisa em diversas áreas das ciências, implementação de algo, fazer funcionar o que foi implementado, testar e analisar hipóteses, etc.. Conclusão Ao olharmos para um dispositivo, implementado para uso educacional podemos enxergá-lo como um produto de design. Porém, ao olharmos o mesmo dispositivo como sendo algo, passível de ser usado por outras pessoas para construção do conhecimento ele passa a ser um processo de design que dependerá da elaboração de um novo design (de uma nova metodologia) para a sua utilização. Neste processo, toda a idéia, todo o conhecimento utilizado na construção do dispositivo, terá um papel importante. Isto certamente se evidenciará caso pudermos fazer do dispositivo um instrumento que propicia o aprendizado num contexto interdisciplinar. As condições do ambiente LEGO-Logo descritas neste artigo, vão de encontro às propostas para se praticar a interdisciplinaridade. Porém, para nós, ainda são indícios de que podemos fazer a interdisciplinaridade, pois embora o ambiente seja propício para tal, ainda não estamos trabalhando de forma sistemática, e com profundidade, esta questão. Uma das dificuldades para as poucas escolas que trabalham com LEGO-Logo tem sido o desenvolvimento de metodologias que busquem a interdisciplinaridade. Mesmo porquê, a estrutura das escolas como um todo ainda é multidisciplinar. Acredito que chegaremos mais próximo da interdisciplinaridade quando as características do ambiente LEGO-Logo começarem a alterar a grade curricular, ultrapassando a sala de aula e atingindo todos os professores, a direção, os administradores da escola enfim, toda a comunidade escolar. Neste contexto, a realização de uma atividade com LEGO-Logo que hoje é desenvolvida por professores das disciplinas de Ciências, Física e Matemática, passará a envolver também os professores de Português, História, Geografia, Artes, etc.. Aí sim, seremos um grupo engajado em um trabalho interdisciplinar. Todavia, acredito que tanto o grupo do NIED quanto os outros grupos que trabalham com

6 LEGO-Logo têm se preocupado com a questão da interdisciplinaridade e certamente, caminharemos juntos em direção a ela. Referências Bibliográficas ACKERMANN, E. Constructionism in pratice: Rethinking the Roles of Technology in Learning. MIT Media Laboratory. Cambridge Massachusetts, BERGER, G. Opinions and Facts in Interdisciplinarity: Problems of Teachig and Research in Universities. OECD, Paris D'ABREU, V. V. J. Construction and Interfacement of Devices with Computers for Educational, Purposes, in Rethinking the Roles of Technology in Education. The Tenth International Conference on Technology and Education. Massachusetts Institute of Technology.- MIT Cambridge Massachusetts. Volume 2 p , FAZENDA, I. A Interdisciplinaridade: História Pesquisa, e Teoria: Papirus, FAZENDA, I. Interdisciplinaridade Um Projeto em Parceria: Coleção Educar 13 2 ed. Loyola, FREIRE, P. A Pedagogia do Oprimido. Paz e Terra 17 ed. Rio de Janeiro, GARCIA, M. F. Ambiente Logo e Interdisciplinaridade: A Concepção dos Professores. Tese de Mestrado. Faculdade de Educação. Campinas, Unicamp, JAPIASSU, H. Interdisciplinaridade e Patologia do Saber, Imago Rio de Janeiro, JAPIASSU, H O Mito da Neutralidade Científica. Imago Rio de Janeiro, MARTINS, A. O Que É Robótica. São Paulo: Brasiliense, RESNICK, M. & OCKO S. Constructionist Learning. MIT Media Laboratory. Cambridge Massachusetts. Idt Harel WEIL, P. D'AMBRÓSIO U. & CREMA R. Rumo à Nova Transdiciplinaridade: Sistemas Aberto de Conhecimento. São Paulo Summus Editorial, 1993.