ARDUINO E MATLAB PARA FINS DIDÁTICOS EM ESCOLAS DA REDE PÚBLICA: UM MÉTODO DE MELHORIA NO APRENDIZADO DA MATEMÁTICA

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1 ARDUINO E MATLAB PARA FINS DIDÁTICOS EM ESCOLAS DA REDE PÚBLICA: UM MÉTODO DE MELHORIA NO APRENDIZADO DA MATEMÁTICA Alerson V. Costa alersonvc@gmail.com Daniella L. L. S. Andrade dani.dllsa@gmail.com Gabriel B. M. Fernandes gbmfernandes@gmail.com Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB) João Pessoa Paraíba Resumo: Este artigo apresenta um método diferenciado para a abordagem do ensino da disciplina de Matemática nas escolas da rede pública. A Matemática é conhecida por ser uma das disciplinas mais difíceis nas escolas e apresenta altos níveis de reprovação. Dessa forma, este projeto descreve como o uso das ferramentas Arduino e Matlab em escolas da rede pública pode ajudar os estudantes a obter um melhor rendimento dentro da sala de aula através de métodos mais didáticos. Palavras-chave: Arduino, Matlab, Matemática, Educação 1. INTRODUÇÃO Nas últimas décadas, o ensino da Matemática sofreu diversas mudanças significativas, variando desde métodos de memorização e mecanização na década de 60, até ao ensino renovado na década de 90, em face de ter-se verificado que não eram nas tarefas de cálculo que os alunos tinham os piores resultados, mas sim nas tarefas de grau mais complexo, que exigiam algum raciocínio, flexibilidade e espírito crítico (SILVA, 2007). No entanto, apesar de todos os avanços já realizados até os anos atuais, a disciplina de Matemática continua sendo considerada uma das matérias mais difíceis dentre as áreas do conhecimento, responsável por altos índices de reprovação dos alunos (SILVA, 2007). A Tabela 1 representa o índice de reprovação no ensino fundamental nas escolas públicas no ano de 2014.

2 Tabela 1 - Índices de reprovação no ensino fundamental. Fonte: Censo Escolar Inep. Ano Reprovação (%) 6º 14,6 7º 12,4 8º 10,3 9º 8,9 Dentre os diversos agentes causadores de reprovações no ensino fundamental estão a gestão das escolas, a situação econômica e social dos alunos e a formação dos docentes. Estes paradigmas ainda são atualmente de difícil solução, colaborando para um mau rendimento do aluno e, consequentemente, um baixo nível intelectual da população mais carente. Outra importante circunstância do baixo rendimento escolar, principalmente em Matemática, deve à uma metodologia pobre em explicações e exemplificações práticas, em que os alunos contam apenas com a teoria apresentada em sala de aula, que muitas vezes não é suficiente para a total compreensão. A cada dia, novas tecnologias são empregadas no auxílio da qualidade do aprendizado. Os avanços dessas tecnologias permitem que os computadores possuam aplicações para o ensino, em que diferentes recursos de mídias são utilizados, visando uma maior clareza na transmissão do conhecimento aos alunos, desta forma, obtendo-se um grau maior interação dos mesmos (BELHOT, 1995). Considerando a grande revolução da Informática, da Automação e das Tecnologias de Informação e Comunicação, o contexto educacional tem exigido grandes mudanças na estrutura escolar para que novas posturas priorizem transformações voltadas para um novo cenário do mundo atual (CAVALCANTE et al, 2014). Diversas pesquisas têm sido vinculadas a este tema e associadas a metodologias didáticas para que o ambiente escolar se torne mais interativo e informatizado objetivando a melhoria na aprendizagem do aluno (JOLY, 2002). Desta forma, este projeto tem como objetivo principal apresentar as plataformas Arduino e Matlab como ferramentas didáticas auxiliadoras para potencializar o aprendizado dos alunos da rede pública na disciplina de Matemática.

3 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Nesta seção, serão abordados os principais conceitos utilizados neste projeto. 2.1 Detalhamento do problema As dificuldades existentes em relação ao ensino da Matemática, seja em qualquer dos níveis, não são atuais, apresentando-se de diversas formas e graus de complexidade e quase sempre de difícil solução (SILVA, 2007). Entre tais dificuldades, está, há tanto tempo estabelecida, a noção de que a Matemática é chata ou difícil, o que, consequentemente gera um bloqueio dos alunos com a matéria, impossibilitando-a de ser assimilada (SILVEIRA, 2002). O professor também encontra empecilhos no ensino, uma vez que, com a resistência imposta pelo aluno, torna-se complicado fazer com que ele sinta-se seduzido pelo conteúdo (SILVA, 2007). Embora muitos estudos atuais busquem compreender a falha escolar existente no ensino fundamental, sabe-se que este engloba principalmente, dificuldades na escrita e leitura (OLIVEIRA et al, 2008). Nessa direção, os dados obtidos pelo Indicador Nacional de Alfabetismo Funcional (INAF, 2012), do Instituto Paulo Montenegro mostram que durante os últimos 10 anos houve uma redução do analfabetismo absoluto e da alfabetização rudimentar e um incremento do nível básico de habilidades de leitura, escrita e matemática. No entanto, a proporção dos que atingem um nível pleno de habilidades manteve-se praticamente inalterada, em torno de 25%. Dessa forma, o aluno vai acumulando suas dificuldades em Matemática ao longo de sua vida escolar. Outro ponto notável que evidencia tais dificudades pode ser encontrado entre os alunos que se submetem ao Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM). De acordo com o site EBC Agência Brasil, a média na prova do Enem em Matemática foi 467,9 em 2015 e 473,5 em 2014, ficando abaixo de todas as outras disciplinas (TOKARNIA, 2016). 2.2 Plataforma de Prototipagem Eletrônica Arduino O Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica que possui sistemas digitais conectados aos sensores e aos atuadores, e são capazes de medir variáveis no ambiente físico, realizar cálculos numéricos e tomar decisões lógicas no ambiente computacional (ARAUJO et al, 2012). O Arduino está inserido no conceito de hardware e de software livre, e está aberto para uso e contribuição por toda a sociedade. Devido ao fato do Arduino ser open-source, e ser de fácil acesso, existem diversos fóruns na Internet que auxiliam os usuários e os projetistas (ARDUINO, 2016).

4 A plataforma utiliza um Microcontrolador ATMEGA com a função de receber e entregar o fluxo de informações de maneira controlada por uso de software. A plataforma e arquivos são licenciados pela Creative Commons que permite além do uso pessoal, o uso comercial e em obras derivadas, desde que o crédito seja dado ao Arduino e liberação de seus projetos sob a mesma licença (CAVALCANTE et al, 2014). No desenvolvimento do projeto foi utilizada a plataforma Arduino Uno, ilustrada pela Figura 1, que é baseada no microcontrolador ATmega 328, possuindo 14 terminais de entrada/saída (06 podem ser usados como saída PWM), 06 entradas analógicas, um oscilador a cristal de frequência de 16 MHz, uma conexão USB, entre outros detalhes (ARDUINO, 2016). Figura 1 - Placa de prototipagem eletrônica Arduino UNO. Fonte: MATLAB Dentre as principais ferramentas utilizadas na atualidade por cientistas e engenheiros ao redor do mundo está o MATLAB, utilizado em sistemas de segurança automotivas, naves interplanetárias, dispositivos de vigilância de saúde, redes de energia inteligentes e redes celulares. Aplica-se também ao aprendizado de máquina, processamento de sinais, processamento de imagem, visão computacional, comunicações, finanças computacionais, controle de design, robótica, entre outras (MATHWORKS, 2016). Esta plataforma torna-se bastante atrativa por conseguir integrar análise numérica, processamento de sinais cálculo com matrizes, e construção de gráficos em ambiente de fácil utilização, nos quais problemas e soluções são expressos não como na progamação tradicional, mas como são escritos matematicamente (TONINI & SCHETTINO, 2002).

5 3. PROPOSIÇÃO DO MODELO Ao utilizar-se de uma forma prática e gráfica para exemplificar cálculos de uma maneira geral, como equações de primeiro e segundo grau, porcentagem, cálculo de áreas e Geometria, relação entre ângulos e Teorema de Pitágoras, o rendimento dos alunos em Matemática pode ter um aumento significativo. 3.1 Equação de Segundo Grau Uma demonstração da aplicação das ferramentas da abordagem proposta é apresentada aqui, em um exemplo didático simples de uma equação do segundo grau. Usando como exemplo os valores da Equação (1), encontramos como solução = 3 e = -1, valores que são obtidos através da fórmula de Bhaskara, descrita pela Equação (2). (1) (2) Com o sistema elaborado, é possível agora que o estudante aplique o que foi aprendido em sala de aula de uma forma prática. Como mostra a Figura 2, o estudante pode digitar os valores dos coeficientes da Equação (1) no teclado matricial e visualiza-los no display de LCD. Figura 2 - Esquema proposto.

6 Após serem passados os parâmetros, o Arduíno realiza o cálculo e mostra o resultado no display. Além disso, o Arduino também pode informar o valor encontrado para e informar que para um valor menor do que 0, não existem valores reais para equação, ou que quando igual a 0 as duas raízes são iguais ou ainda que se maior do que 0 existem duas raízes distintas e reais ajudando a reforçar o conteúdo aprendido. Com o auxílio do MATLAB, os gráficos da equação seriam plotados e os alunos visualizariam instantaneamente em um computador, por exemplo, uma parábola voltada para cima ou para baixo, ou ainda uma parábola tocando uma uníca vez o eixo x. 3.2 Cálculo de Área e Volume Para um melhor entendimento da teoria de área e volume comumente explicada em sala de aula, os estudantes podem utilizar o teclado matricial como entrada para o valor, por exemplo do raio, para obtenção da área de uma circunferênca e volume de uma esfera, descritos pelas Equações (3) e (4), respectivamente. No display LCD são mostradas estas fórmulas, e no MATLAB, a representação gráfica em escala, como mostra a Figura 3. (3) (4) Figura 3 - Representação gráfica do Matlab do volume de uma esfera. Fonte: /how-to-draw-geosphere-in-matlab

7 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com o protótipo do projeto uma vez implementado, os autores pretendem trabalhar juntamente com os professores de Matemática de escolas da rede pública da cidade de João Pessoa, para avaliar o desempenho dos alunos. Esse desempenho será medido através da comparação dos resultados obtidos em avaliações antes e depois da aplicação da metodologia do projeto, comprovando, desta forma, a eficácia do método. Os autores também têm a expectativa de que os resultados da disciplina tenham reflexos nos anos posteriores e que além disso, os estudantes despertem o interesse para iniciarem sua vida acadêmica dentro da Engenharia e das Ciências exatas. Por fim, pretende-se dar continuidade ao projeto através da implementação de kits didáticos para a sala de aula, criando, assim, mais uma ferramenta para auxiliar os estudantes a melhor entenderem a disciplina de Matemática. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAUJO, I. B. Q. et al. Desenvolvimento de um protótipo de automação predial/residencial utilizando a plataforma de prototipagem eletrônica Arduino. Anais: XL Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, Cobenge. Belém PA: UFPA, ARDUINO. Disponível em: < Acesso em 30 maio BELHOT, R. V. A informática no ensino. Anais: XXIII Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia, Recife-PE, CAVALCANTE, M.M. et al. A plataforma Arduino para fins didáticos: Estudo de caso com recolhimento de dados a partir do PLX-DAQ. Anais: XXXIV Congresso da Sociedade Brasileira de Computação. Brasília: UNB, INSTITUTO PAULO MONTENEGRO; AÇÃO EDUCATIVA. INAF BRASIL 2011 Principais Resultados. Relatório indicador de analfabetismo funcial Disponível em < Acesso em 15 maio JOLY M. C. R. A.; MARINHO S. P. P. ; RUIZ A. M.; MONTEIRO D. H.; VALENTE J. A.; LOMÔNACO J. F. B.; SILVEIRA M. A. A tecnologia no ensino: Implicações para a Aprendizagem. 1. ed. Casa do Psicólogo MathWorks. MATLAB Overview. Disponível em < Acesso em: 15 jun 2016.

8 OLIVEIRA K. L.; BORUCHOVITCH E.; SANTOS A.A.A. Leitura e desempenho escolar em português e matemática no ensino fundamental. Ribeirão Preto, v. 18, n. 41, p , Dec SILVA, J. A. F. Refletindo sobre as dificuldades de aprendizagem na Matemática: algumas considerações. Disponível em: < Acesso em: 25 maio SILVEIRA, M. R. A. Matemática é difícil : Um sentido pré-constituído evidenciado na fala dos alunos. Disponível em: < em: 15 maio TOKARNIA, M. Médias das provas do Enem 2015 caem; desempenho individual sobe. EBC Agência Brasil. Disponível em < Acesso em: 15 maio Tonini A. M.; Schettino D. N. Matlab para Engenharia. Disponível em < df> Acesso em: 15 jun ARDUINO AND MATLAB FOR TEACHING IN PUBLIC SCHOOLS: AN IMPROVEMENT METHOD OF LEARNING MATH Abstract: This article presents a different method of approach to teaching math in public schools. Math is known for being one of the most difficult subjects in schools, with high levels of fails. Therefore, this project describes how the use of Arduino and Matlab tools in public schools can help students get a better performance in the classroom through more didactic methods. Key-words: Arduino, Matlab, Math, Education