UsodoScratcheArduinopara …repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/13997/1/FB_COLIN_2019_2_02.pdfCapítulo 1. Introdução 13 Inúmerosfatorespresentesnasescolasdiﬁcultamaaprendizagem,comofaltade

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CAMPUS FRANCISCO BELTRÃO

CURSO DE LICENCIATURA EM INFORMÁTICA

Marcos Roberto Guimarães

Uso do Scratch e Arduino paraDesenvolvimento do Raciocínio Lógico

Francisco Beltrão, Paraná

2019


Uso do Scratch e Arduino para Desenvolvimento doRaciocínio Lógico

Trabalho de Conclusão de Curso, apresentadoa Universidade Tecnológica Federal – CampusFrancisco Beltrão, como parte das exigênciaspara a obtenção do título de Licenciado emInformática.

Orientador: DAINF - Prof. Doutor Rafael Wild

Francisco Beltrão, Paraná2019


Uso do Scratch e Arduino para Desenvolvimento doRaciocínio Lógico

Trabalho de Conclusão de Curso, apresentadoa Universidade Tecnológica Federal – CampusFrancisco Beltrão, como parte das exigênciaspara a obtenção do título de Licenciado emInformática.

Trabalho aprovado. Francisco Beltrão, Paraná, 4 de Novembro de 2019

DAINF - Prof. Doutor Rafael WildUTFPR (Orientador)

DAINF - Prof. Doutor Rafael WildUTFPR (Presidente da Banca)

DAINF - Prof. MSc. Welton Costa de OliveiraUTFPR (Membro1 Banca)

DAINF - Prof. MSc. Gustavo Yuji SatoUTFPR (Membro2 Banca)

Folha de Aprovação assinada encontra-se arquivada na Coordenação do Curso.

Dedico este trabalho à minha família,pelos momentos de ausência.

AGRADECIMENTOS

Certamente estes parágrafos não irão atender a todas as pessoas que fizeram partedessa importante fase de minha vida. Portanto, desde já peço desculpas àquelas que nãoestão presentes entre essas palavras, mas elas podem estar certas que fazem parte do meupensamento e de minha gratidão.

Agradeço ao orientador Prof. Dr. Rafeal Wild, pela sabedoria com que me guiounesta trajetória. Aos meus colegas de sala.

Gostaria de deixar registrado o meu agradecimento ao meu pai Paulo, a minhamãe Maria, ao meu irmão Lucas e a minha esposa Alessandra, pelo apoio e paciênciaque tiveram nos momentos de dificuldades e em todo o processo de formação na minhagraduação, pois sem eles não conseguiria vencer esse desafio.

Enfim, a todos os que por algum motivo contribuíram para a realização destapesquisa.

"A Educação qualquer que seja ela, é sempre uma teoria do conhecimento posta emprática."

Paulo Freire

RESUMO

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um protótipo eletromecânico de experimen-tação simples, cuja montagem foi realizada com componentes que podem ser encontradosa baixo custo e com reaproveitamento de alguns materiais recicláveis, e com uma placaArduino, utilizando a linguagem de programação em blocos do Scratch. Este projeto seapresenta para auxiliar no processo de desenvolvimentos do raciocínio lógico, de maneirainterativa e atraente. Seu objetivo é criar de forma real e concreta um protótipo progra-mável, cuja programação não fica somente no mundo virtual, mas as implementa em açõesreais e objetivas. O trabalho aponta atividades com potencial para capacitar e desenvolverhabilidades de raciocínio, programação e manipulação do mundo concreto.

Palavras-chave: Scratch. Arduino. Protótipo. Programação.

ABSTRACT

This paper presents the development of a simple experimental electromechanical prototype,which is assembled using components that can be found at low cost or reusing some recy-clable materials, and with an Arduino board, using Scratch block programming language.The goal is to assist in the process of developing logical thinking in an interactive andattractive way, creatint a real and concrete programmable prototype, whose programmingis not only in the virtual world, but is implemented in real world. The work pointsout activities with potential to enable and develop thinking skills, programming andmanipulation of the concrete world.

Keywords: Scratch. Arduino. Prototype. Programming.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Figura 2 – Scratch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Figura 3 – Protótipo desenvolvido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Figura 4 – montagem 01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Figura 5 – montagem 02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Figura 6 – montagem 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Figura 7 – montagem 04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Figura 8 – montagem 05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Figura 9 – montagem 06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Figura 10 – montagem 07 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Figura 11 – montagem 08 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 12 – montagem 09 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 13 – montagem 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 14 – montagem 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Figura 15 – montagem 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Figura 16 – montagem 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Figura 17 – montagem 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Figura 18 – montagem 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Figura 19 – montagem 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Figura 20 – Esquema Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Figura 21 – montagem 20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Figura 22 – programa01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Figura 23 – programa02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Figura 24 – programa03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 25 – programa04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 26 – programa05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 27 – programa06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 28 – programa07 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 29 – programa08 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 30 – programa09 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 31 – programa10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Figura 32 – Exercício . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 33 – Exercício 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 34 – programa11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Figura 35 – programa12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Figura 36 – programa13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Figura 37 – programa14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Figura 38 – programa15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Figura 39 – programa16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Figura 40 – chassi protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Figura 41 – base protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Figura 42 – eixomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 43 – motor servo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 44 – transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 45 – Eixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Figura 46 – rodas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Figura 47 – separador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Figura 48 – Jumper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Figura 49 – cabo USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

TIC Tecnologias de Informação e Comunicação

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.1.1 Objetivo geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.1.2 Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 REFERENCIAL TEÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1 Aprendizagem e construtivismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3 DESENVOLVIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.1 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.1.1 Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.1.2 Scratch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.1.3 Protótipo eletromecânico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.2 Montagem do Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.3 Instalação dos Softwares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4 PROPOSTAS DE ATIVIDADES UTILIZANDO O PROTÓTIPO . . 314.0.1 Atividade 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.0.2 Atividade 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.0.3 Atividade 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

ANEXOS 37

ANEXO A – DESCRIÇÃO DAS PEÇAS . . . . . . . . . . . . . . . 38

12

1 INTRODUÇÃO

A dificuldade que os alunos possuem nas escolas no desenvolvimento do raciocíniológico influencia de forma significativa o desempenho escolar. Devido a essa questão, énecessário buscar formas de ensino que buscam diminuir as dificuldades de aprendizagem.

É de grande importância desenvolver essa capacidade, pois a lógica estuda métodose princípios que diferenciam o raciocínio correto do incorreto (COPI, 1978). Dessa forma,desenvolver a característica do raciocínio lógico para resolução de problemas nas maisdiversas áreas auxiliará na construção do conhecimento dos estudantes.

"Em primeiro lugar o aluno precisa ter uma disposição para aprender: seo indivíduo quiser memorizar o conteúdo arbitrária e literalmente, entãoa aprendizagem será mecânica. Em segundo, o conteúdo escolar a seraprendido tem que ser potencialmente significativo, ou seja, ele tem queser lógica e psicologicamente significativo: o significado lógico dependesomente da natureza do conteúdo, e o significado psicológico é umaexperiência que cada indivíduo tem. Cada aprendiz faz uma filtragemdos conteúdos que têm significado ou não para si próprio." (PELIZZARIet al., 2002)

O raciocínio lógico é utilizado para a resolução de problemas relacionados a diver-sas disciplinas, buscando outras formas de ensino em que o aluno possa melhorar essacapacidade de aprender, utilizando novas ferramentas tecnológicas.

Oliveira e Porrozzi (2009) apresentam que o caminho para aprender não configuraapenas a reprodução da informação, mas se torna um processo mais abrangente, quenecessita de uma adaptação e uma reconstrução do conteúdo recebido, assim construindoo conhecimento.

Através da lógica de programação em computadores de forma encadeada, desenvolve-se a aplicação da teoria à prática do raciocínio lógico, auxiliando para uma melhora noprocesso de mecanismo de aprendizagem em sala de aula nas diversas disciplinas.

O desenvolvimento do raciocínio lógico utilizando a programação em blocos doScratch com a placa Arduino tem por objetivo que os alunos consigam obter melhoresresultados no processo de aprendizagem, na resolução de problemas lógicos.

"Os jogos lógicos desafiam muito mais a mente do que os reflexos; nor-malmente são temporizados, determinando um limite de tempo para ojogador finalizar a tarefa. Nessa classificação estão incluídos clássicoscomo xadrez e damas, bem como simples caça-palavras, palavras-cruzadase jogos que exigem resoluções matemáticas." (FALKEMBACH, 2006)

Capítulo 1. Introdução 13

Inúmeros fatores presentes nas escolas dificultam a aprendizagem, como falta deestrutura e de condições necessárias para que os professores possam atender aos alunoscom tempo e qualidade esperada.

É fundamental desenvolver as competências cognitivas, para auxiliar na resoluçãode problemas de lógica simples, através do uso de ferramentas tecnológicas de formainterativa e atraente. Em busca de um modelo de ensino, propomos ferramentas comoScratch e a placa Arduino.

Aplicando essas ferramentas de maneira adequada, à medida que for se desenvol-vendo e realizando atividades ligadas à programação de computadores, solucionando umproblema real, aprimorando a inteligência, o conhecimento e os mecanismo de aprendizagem,o indivíduo desenvolve habilidades que auxiliam no aprendizado.

Com a aplicação deste projeto, busca-se atender principalmente estudantes comdificuldadse de aprendizado. Propõe-se que é possível melhorar a capacidade do alunona resolução de problemas do dia a dia escolar, estimulando formas diferenciadas deconstrução do conhecimento.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo geral

Auxiliar o desenvolvimento do raciocínio lógico de alunos do Ensino Básico, utili-zando a lógica da linguagem de programação Scratch em conjunto com o desenvolvimentode um protótipo com a placa Arduino.

1.1.2 Objetivos específicos

• Desenvolver um kit simples de experimentação em robótica a partir de um protótipomecânico, com a placa Arduino e a linguagem de programação Scrath;

• Demonstrar a construção de uma lógica de programação para resolver um problemapré-definido com a utilização do Scratch;

• Elaborar atividades práticas, com diferentes níveis de complexidade, para que osalunos desenvolvam uma solução para os problemas;

• Apontar os elementos necessários para que o aluno seja capaz de interpretar, analisare resolver o exercício/atividade proposto, fornecendo base teórica para compreendereste conteúdo;

• Criar atividades em busca de desenvolver a aplicação da teoria à prática através doraciocínio lógico.

Capítulo 1. Introdução 14

1.2 JustificativaUma das habilidades com as quais alunos do ensino básico encontram dificuldades é

o raciocínio lógico e matemático. Atividades de programação exercitam essas habilidades.

Utilizando o Scratch e a placa Arduino é possível desenvolver de forma concreta oraciocínio lógico, com base na programação em blocos em linguagem Scratch, que fornecede forma simples várias estruturas lógicas de programação em um formato que define oencadeamento lógico, podendo ser utilizada para demonstrar a resolução de problemassimples e para o desenvolvimento de habilidades.

O Scratch foi baseado na linguagem Logo, e sua programação é na forma de blocosque se encaixam criando uma construção de um algorítmo. Desta forma possibilita avisualização do resultado da construção do algoritmo com a manipulação de imagens.Utilizada como uma ferramenta pedagógica para todas as idades, que pode ser trabalhadade forma lúdica e de fácil compreensão, estimulando o desenvolvimento do raciocínio lógico.

A placa Arduino possibilita a criação de um protótipo, realizando o controle daspeças através de seu circuito. A construção do conhecimento é destacada neste formato,motivando o aluno a buscar soluções diferentes para o mesmo problema, auxiliando naformação do conhecimento em todas as disciplinas. Seu foco é desenvolver habilidadescognitivas utilizando a lógica de programação.

15

2 REFERENCIAL TEÓRICO

O processo de aprendizagem é de grande importância, pois induz para o desenvol-vimento e aperfeiçoamento do conhecimento. As TICs (Tecnologias da Informação eComunicação) possibilitam uma formação mais ampla no processo da educação, que levaa buscar outras formas de ensino.

É necessário desenvolver as capacidades dos adolescentes, mesmo inconscientementebuscando melhorar todo seu processo de aprendizagem, que ao longo de sua formação seráde grande valia, facilitando a resolução de atividades que exigem a utilização do raciocínio.

Vivendo na era digital, necessita-se ainda mais de pessoas que estejam aptas oucapazes de resolver problemas cada vez mais complexos, com o uso da computação e oconstante desenvolvimento da lógica.

"Inteligência lógica matemática é uma habilidade para explorar relações,categorias e padrões, através da manipulação de objetos ou símbolos, oude resolver problemas através do raciocínio. Destaca-se na adolescênciae no início da idade adulta." (PASSARELLI, 2002)

Utilizando ferramentas adequadas para aproximar os alunos da tecnologia, cria-seuma relação concreta e real, que apresenta formas de motivar o aluno, instigando-o nabusca da construção do conhecimento.

"Ao utilizarmos novas metodologias apoiadas em modernas ferramentascomo o data-show, o DVD e a Internet, por exemplo, acreditamos queelas podem auxiliar os alunos para uma melhor aprendizagem, e ajudá-losa aprenderem não só lendo ou escrevendo, mas visualizando, ouvindo,se comunicando ou tocando, pois, no mundo globalizado, como o nosso,não faz sentido memorizar conhecimentos que estão sendo superadosrapidamente, ou que sejam de fácil acesso pela Internet. É desejável queos alunos desenvolvam habilidades para aprenderem a pesquisar, como eonde pesquisar e se comuniquem. Isso permite a eles o desenvolvimentocontínuo da capacidade de aprendizagem. (PORTO, 2006)

Os softwares na área de educação podem ser classificados em modalidades outambém em categorias, que estão mais presentes na área da prática, na modelagem e naconstrução de jogos e simulações (BERTOLDI; RAMOS, 1999).

Portanto, a utilização de um kit robótico para o desenvolvimento da lógica comprogramação nas escolas busca uma abordagem construtiva, em que aprender pode agregarresultado na relação entre o sujeito/objeto, que não se opõem, mas que se unem, criandoum total único.

Capítulo 2. Referencial Teórico 16

No trabalho pedagógico a interação do sujeito e objeto deve ser priorizada e nabusca por conhecimento é necessário analisar formas de conhecimento.

"... a principal meta da educação é criar homens que sejam capazesde fazer coisas novas, não simplesmente repetir o que outras geraçõesjá fizeram. Homens que sejam criadores, inventores, descobridores. Asegunda meta da educação é a formar mentes que estejam em condiçõesde criticar, verificar e não aceitar tudo que a elas se propõe." (PIAGET,1972)

A proposta está ligada a uma formação do conhecimento baseada em construção,em que cada indivíduo seja capaz de desenvolver soluções e realizar tarefas propostas comoexercícios de desenvolvimento do raciocínio lógico.

2.1 Aprendizagem e construtivismoSegundo (ZILLI et al., 2004) Piaget desenvolveu a teoria sobre a aprendizagem do

ponto de vista de uma criança, que é chamada perspectiva de construtivismo, conhecidacomo teoria da epistemologia genética ou psicogenética, que são organizadas da fase donascimento até a adulta.

A teoria é dividida em sensório motor (0-2 anos), pré operatório (2-7 anos), opera-tório concreto (7-11 anos), e operatório formal (12 anos em diante). Na fase operacionalformal do desenvolvimento, onde há a capacidade de criar o raciocínio lógico, mesmo sendoincorreto, o adolescente busca a determinação do real com base no hipotético-dedutivo,realizando uma construção mental, após o adolescente se libertar do concreto, é capaz dedesenvolver a característica do pensamento abstrato, em que aprende a conhecer conceitos.

17

3 DESENVOLVIMENTO

3.1 MetodologiaEste projeto apresenta o desenvolvimento de um protótipo de um carrinho ele-

tromecânico, em que foi utilizado uma placa Arduino com a linguagem de programaçãoScratch, para servir de base a uma metodologia para desenvolver raciocínio lógico emadolescentes na faixa etária á partir dos 12 anos.

A principal ideia é de que, a partir da construção do protótipo de um carrinho,utilizando uma placa Arduino e a linguagem de programação Scratch, seja possível realizarde forma concreta o uso do raciocínio lógico para criação de instruções para programar.

As instruções acionam diversos comandos interligados e o objetivo é que os alunosresolvam o desafio, programando e construindo o protótipo. A metodologia propõe utilizarexercícios para desenvolver a habilidade cognitiva através do raciocínio lógico.

3.1.1 Arduino

O projeto Arduino (2018) foi desenvolvido em 2005, direcionado para os estudantesda Interaction Design Institute Ivrea em Ivrea, para que de forma fácil e com baixo custoos profissionais criassem dispositivos capazes de interagir com sensores, no desenvolvimentode protótipos.

O exemplo mais simples de aplicação da placa Arduino é a sua utilização paramontagem de robôs simples e desenvolvimento de protótipos, devido ao seu baixo custo eà possibilidade de programação.

A placa Arduino é composta de microcontroladores e microprocessadores, equipadascom pinos (terminais) que recebem sinal de entrada e emitem sinal de saída. Possui saídasanalógicas e digitais, com inúmeros componentes e sensores que podem ser utilizados eacoplados, chamados de shields, no processo de criação e prototipagem, com inúmerasaplicações no desenvolvimento de projetos.

O processo de construção da placa está disponível para o mundo inteiro, como umaforma de compartilhar o conhecimento, e qualquer pessoa pode desenvolver sua própriaplaca, pois seu hardware é livre. Seu projeto eletrônico é disponibilizado em seu siteoficial, e o software é disponibilizado para utilização no desenvolvimento da linguagem deprogramação de protótipos nas mais diversas áreas do trabalho para desenvolvimento deequipamentos e no ensino da educação.

A figura( 1) apresenta o modelo Arduino Uno, uma das primeiras placas com USB

Capítulo 3. Desenvolvimento 18

para programação.

Figura 1 – Arduino

Fonte: Autor

3.1.2 Scratch

O Scratch foi elaborado pelo projeto Lifelong Kindergarten Group do Média Labdo (MIT, 2018), no ano de 2007, com o objetivo de promover a programação para criançasde forma simples, com interface amigável. Sua programação é feita em blocos, inspiradano jogo de montar Lego, e que possui um formato pedagógico, com objetivo de aprender aprogramar.

O Scratch é utilizado em mais de 150 países pelo mundo, e possui tradução para40 idiomas disponíveis. As atividades realizadas podem ser compartilhadas como forma dedistribuir o que foi criado pelos usuários.

Esta ferramenta é usada nos mais diversos níveis da educação para desenvolveratividades ligadas à lógica e programação em blocos, e também pode ser usado parao desenvolvimento de histórias interativas e letramento digital, entre outras áreas dedesenvolvimento.

A versão utilizada para desenvolver este projeto é o Scratch 2.0 que é fornecida peloMIT. Esta interface é dividida em três partes, como mostra Figura (2): no primeiro quadrotemos toda a parte visual gráfica do Scratch fornecendo a visualização de como o projeto seencontra. No quadro Central localizam-se todos os blocos do Scratch, como os operadoreslógicos de variáveis, condições, ações de blocos disponíveis que podem ser selecionados naconstrução dos projetos. Com o quadro de montagem dos blocos é possível criar e montaros blocos de forma lógica. Este quadro também permite trabalhar a modelagem da partegráfica e criar sons ou modificar.


Figura 2 – Scratch

Fonte: scratch.mit.edu/projects/editor/

3.1.3 Protótipo eletromecânico.

O passo inicial para o desenvolvimento do trabalho foi a montagem do protótipo docarrinho, com materiais reaproveitados, como tampas de garrafas pets, arames de guardachuva velho ou arames que possam ser moldados, motor de 9V, que pode ser facilmenteencontrado em leitores de CD e DVD, além de uma placa Arduino e um motor servo.

Foi desenvolvido um plano para o processo de montagem do protótipo, passo apasso, mostrando qual é o formato ideal, especificando a finalidade que possui cada peça.

Esta seção é um tutorial em que é descrita a montagem dos componentes doprotótipo e a instalação da placa Arduino, o que é necessário para realizar a montagem ea comunicação.

Utilizou-se o Scratch para construir o processo lógico, para que o protótipo realizea função que foi programada pela lógica do algoritmo.

Figura 3 – Protótipo desenvolvido

Fonte: Autor


3.2 Montagem do ProtótipoNesta etapa é descrita a atividade de montagem do protótipo, passo a passo, com

a montagem das peças. A definição das peças e suas especificações devem ser consultadasnas lista de especificações, no Anexo A.

A montagem do eixo motor deve utilizar uma tampa de garrafa pet, na qualrealizou-se 3 furos, conforme a 4. Um furo servirá para encaixar o motor de 9V no ladode cima da tampa, com o corte no formato do corpo do motor 9V.

Os outros dois furos serão realizado em linha reta, na lateral da tampa, servindopara colocar o eixo traseiro, passando a ponta por dentro do primeiro furo e encaixandoum separador maior na ponta.

Depois, coloca-se a engrenagem no centro e o segundo separador, encaixando nosegundo furo na lateral e centralizando o eixo de modo que a engrenagem fique bemcentralizada ao meio e no eixo.

Figura 4 – montagem 01

Fonte: Autor

Após a primeira parte do eixo montada, colocar a segunda tampa que serve desuporte para o motor 9V. Ao encaixar firmemente, utilizar fita crepe para envolver astampas de modo que o motor fique firme e que as engrenagem girem livremente(Figura 5).


Fonte: Autor

Próxima etapa: colocar a base em cima do chassi deixando uma ponta da base


por cima e a outra ponta por baixo do chassi, para que se possa encaixar o eixo motor,conforme mostrado na Figura 6.


Fonte: Autor

Encaixa-se a ponta do eixo motor entre o semicírculo do chassi e a base e centraliza-se o eixo na posição correta em que o motor fique voltado para a frente.

A ponta da base que se encontra na parte de baixo deve ser puxada por cima dochassis de forma que fique presa entre o chassi e a base, encaixando as rodas de tampasde garrafa pet. Assim é mantida presa toda a estrutura, pronta para o próximo passo,conforme a figura 7.


Fonte: Autor

Prende-se a ponta da parte dianteira da base ao chassis com uma fita crepe,conforme figura 8.



Fonte: Autor

Para o encaixe do motor servo, como mostra a figura 9, é passada em volta domotor servo a tira de papelão, com o eixo para frente, utilizando o encaixe da base parafixar o motor servo a ela. Passe as duas pontas da tira por dentro do furo.


Fonte: Autor

Puxe firmemente para baixo, dobre as pontas que estão por baixo passando entre ochassis e a base, prendendo as pontas com fita crepe, como na Figura 10.


Fonte: Autor

Posteriormente monta-se o eixo dianteiro, utilizando barra dianteira com o semicir-culo prendendo ao meio, com um braço utilizando dois arrames para amarrar, um de cadalado e ao final encaixa-se o braço ao eixo central do motor servo,como apresentado na 11.



Fonte: Autor

Coloca-se um espaçador a dois centímetros da ponta e encaixa-se as rodinhas degarrafa pet, cuidando para que fiquem livres, então insere-se um espaçador na ponta, comoapresenta a Figura 12.


Fonte: Autor

O protótipo do carrinho fica dessa maneira, realiza-se a montagem da placa Arduinono centro, conforme a Figura 13


Fonte: Autor

Deste ponto em diante, realizou-se a montagem dos cabos para interligar oscomponentes com a placa Arduino. Para montar os jumpers começa-se pelo motor servo,utilizando três jumpers, nas cores laranja, vermelho e roxo, sendo que cada cor representauma função para conectar nos seus devidos pontos.


•Ponta preta conecta na ponta roxa, que corresponde ao GND.

•Ponta vermelha conecta na ponta vermelha, que corresponde à corrente de 5 volts.

•Ponta branca conecta na ponta laranja, que corresponde ao sinal de entrada dopino digital.


Fonte: Autor

•O jumper roxo conecta na entrada da placa Arduino no GND.

•O pino vermelho conecta na saída de 5 volts da placa Arduino.

•O jumper laranja conecta no pino digital 6 da placa Arduino


Fonte: Autor

•O próximo passo é a montagem dos jumpers no motor de 9V, na parte traseirado protótipo, utilizado quatro jumpers.

Primeiramente o jumper amarelo será conectado numa ponta do polo do motor e aoutra ponta no pino da placa Arduino, na mesma saída de 5 volts.



Fonte: Autor

Utilizaremos um transistor BC547 (NPN), que possui três terminais, sendo quecada terminal possui uma função específica. A seguir são descritos os terminais, que sãoapresentadas conforme numeração na Figura abaixo.

1 - O coletor será conectado na saída do outro polo negativo no motor 9 volts,utilizando o jumper na cor preta.

2 - A base é utilizada com um resistor de 1k para regular a entrada, que é ligadono pino digital da placa Arduino, com o jumper na cor cinza.

3 - O emissor será conectado no pino GND da placa Arduino.


Fonte: Autor

Deve-se conectar o jumper preto no pino que encontra-se conectado no pino coletordo transistor, no outro polo do motor.


O jumper cinza, que possui um resistor de 1k no pino da base do transistor, conectana saída digital 5.

O jumper marrom que é a saída do emissor, conecta o pino GND da placa Arduino(figura 18).


Fonte: Autor

Ficando no formato da figura 19, com todos componentes ligados na placa Arduino.


Fonte: Autor

Esquemático para montagem do protótipo:

Figura 20 – Esquema Montagem

Fonte: Autor

Agora basta conectar o cabo USB na placa Arduino.


Conectar a outra entrada USB do computador.


Fonte: Autor

Foi montado o protótipo eletromecânico, pronto para ser utilizado para o de-senvolvimento do raciocínio lógico, através do uso da linguagem de programação emblocos.

3.3 Instalação dos SoftwaresÉ necessário instalar um software, o Hackeduca 3.0, para comunicar o Scratch com

a placa Arduino, para programar o protótipo do carrinho.

O link para download é: https://www.hackeduca.com.br/download

Para utilizar o software é necessário cadastrar uma conta no site.

Figura 22 – programa01

Fonte: Autor

Clicar em DOWNLOAD:


Fonte: Autor

https://www.hackeduca.com.br/download/hackeduca_conecta


Para instalar clicar em Português Brasileiro e pressionar Ok


Fonte: Autor

Abrir o HackEducae e selecionar "Mostrar todas conexões".


Fonte: Autor

Selecionar porta em que se encontra a placa Arduino.


Fonte: Autor

Para instalar a extensão FirmataPlus no Arduino clica-se em ferramentas e emUpload Firmware – Firmata Plus. Nessa etapa realiza-se a configuração da placa Arduinopara a comunicação com o Scratch e a configuração dos pinos digitais da placa Arduino.


Fonte: Autor

Insere-se a senha: "hackeduca"e clica-se em OK. Assim foram configurados todosos pinos da placa Arduino.



Fonte: Autor

Selecionar “Abrir Exemplo” e clicar na logo do Scratch com Arduino.


Fonte: Autor

O Scratch 2.0 abre com um exemplo pronto, que será ignorado e confere-se aconexão clicando em “Mais Blocos”. Para verificar se está funcionando corretamente acomunicação entre o Scratch e o Arduino, a bolinha deve estar na cor verde (figura 30).


Fonte: Autor


No Quadro 3, onde existem alguns exemplos prontos, apague utilizando a tesouraou arrastando no quadro central os blocos.


Fonte: Autor

31

4 PROPOSTAS DE ATIVIDADES UTILIZANDO OPROTÓTIPO

As atividades a seguir têm o objetivo de promover a aplicação da teoria à prática doaluno, estimulando processos mentais de aprendizagem e contribuindo para compreensãode informações.

• Utilizando a lógica de programação é possível empregar o encadeamento lógico,para desenvolver o algoritmo com uma sequência lógica de operações ou ações necessáriaspara realizar a atividade, procurando solucionar o problema proposto;

• Dessa maneira contribui-se para o raciocínio verbal, em que o indivíduo desenvolvea capacidade de analisar a estrutura verbal, processando ao criar um significado e umasequência lógica e relacionando as informações entre si;

• Desenvolvendo o raciocínio espacial, através da manipulação do protótipo, emque é estimulada a habilidade de criar e montar formações mentais visuais. Ao visualizaro protótipo desenvolve-se a capacidade de analisar e raciocinar sobre a melhor forma demontagem.

•Estimula a habilidade cognitiva através de todo processo de montagem do protótipoe programação em que aluno busca uma forma de relacionar a construção e a programação,forçando os processos de aprendizagem através da realização das atividades propostas parao protótipo.

Todos esses pontos estão associados diretamente à lógica, no sentido de buscarde forma correta a resposta e a ordem clara da solução, com o desenvolver pela práticaconstrutiva.

4.0.1 Atividade 1

Utilizando o Scratch para programar resolva a atividade:

A figura abaixo representa um conjunto lógico, no qual você deve analisar se afigura está na ordem correta e verificar se é necessário ou não realocar a ordem dos blocospara funcionar corretamente.

Dicas: -Bloco D, ficará abaixo do bloco Q e imediatamente acima do bloco S.-Bloco P, deverá ficar abaixo do bloco A, porém, não encostado nele. - O bloco A, deveficar imediatamente acima do bloco D. Pergunta.

1) Esses blocos, estão conforme a lógica citada anteriormente?

R:Não.

Capítulo 4. Propostas de Atividades utilizando o protótipo 32

Figura 32 – Exercício

Fonte: Autor

2)Qual e a ordem correta que cada bloco deverá ocupar nessa sequência?. R: Q AD S P.

R: Q A D S P.

Figura 33 – Exercício 1

Fonte: Autor

Esta atividade propõe de forma dedutiva que a partir de premissas verdadeiras oaluno deve analisar a figura e verificar a ordem correta dos blocos,com as informaçõessobre as ordem das posições corretas de cada bloco, deve se responder as perguntas deforma simples.

4.0.2 Atividade 2

Atividade de giro do eixo do motor servo. Utilizou-se uma sequência lógica, domenu de evento, através de um bloco em que utiliza uma tecla para ativar a ação e executaro algoritmo.

Segundo bloco é necessário para ativar o pino em que se encontra pino do comandodo motor servo, em mais bloco temos o bloco "Ativar PINO Digital()como (entrada)". Paraativar selecionamos o numero do pino digital que se encontra o motor servo, e colocamoscomo servo.



Fonte: Autorjpg

Agora há alguns pontos para configurar. Precisa-se saber qual é a entrada emque se encontra o pino digital pela cor do jumper do motor servo que é responsável pelocontrole do motor. Buscar o bloco "(Ativar)Pino Digital(número do pino digital da placaArduino)como(Saída)"como parte para ligar o motor servo.

Como o motor servo tem seu controle do eixo com o ângulo em graus, temos doistipos de motor que se movem na posição de 0 a 180 graus e o motor servo que se move de0 a 360 graus.

Definido um valor entre 0 a 180 no motor servo utilizado, é necessário utilizar umterceiro bloco "Mover Servo no PINO() em Graus ()"para controlar qual angulo o motorservo.


Fonte: Autor

Depois de aprender os comandos básicos do motor servo, é realizada a atividade dedirecionar o protótipo para a esquerda, direita e para a frente.

Foram utilizados três blocos do menu eventos, configurar uma tecla direcionando oeixo do motor servo, assim movimentando as rodas em três direções que são definidas emtrês posições em graus, caso necessário mudar posição de eixo central do motor servo emrelação ao eixo dianteiro.

4.0.3 Atividade 3

O comando lógico para realizar o funcionamento do motor 9V, que ande para frentecaso seja necessário inverte os jumpers dos polo do motor. É necessário saber qual é o pinode entrada da placa Arduino, que foi conectado o jumper da ponta da base do transistornpn BC 547.



Fonte: Autor

Utiliza-se um evento do menu, para que o operador lógico inicie o bloco usandoum determinado teclado. Para executar a função de ligar o motor, definir o operador domenu Mais Blocos, pegando o bloco "(Ativar) PINO Digital(PINO)como(entrada)", definiro número digital e o formato como de saída.

Também é necessário utilizar um bloco "Valor Digital no Pino() mudar para()"domenu mais blocos, definir o número do pino e definir o valor digital, que só pode serdefinido entre 0 e 1, sendo que o valor igual a 0 significa sem corrente motor desligado eigual a 1, com corrente para ligar motor.


Fonte: Autor

Para que ocorra por um tempo determinado utilizamos um controle de tempo,definimos um segundo e outro bloco com o valor 0 para desligar o motor.


Fonte: Autor

Com outros elementos do Scratch, utilizamos o ator do painel 1, desenvolvendo ainteração do personagem com o protótipo a partir dos comandos criados, para que quandoexecutado o ator realize interações.


Fonte: Autor

35

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste trabalho, foi desenvolvido um kit eletromecânico para promover o fortaleci-mento do raciocínio lógico em crianças através da aplicação da teoria à prática, de modointerativo e atraente, com acesso facilitado aos materiais e uma maneira interativa deaprendizado.

Tal processo foi realizado através da criação de um protótipo, com alguns com-ponentes provenientes de materiais reutilizados. Utilizaram-se tampas de garrafa pet,arames semi- rígidos, papelão e motor de 9V, que são fáceis de encontrar para seremreaproveitados. Dessa maneira, reduz-se o custo total dos itens que compõem a montagemdo protótipo, que incluem a placa Arduino, para fazer o controle dos componentes.

O protótipo foi elaborado para ser utilizado com a linguagem de programação emblocos do Scratch, pois esta linguagem pedagógica possibilita de forma lúdica o aprendizadoda lógica de programação.

O desenvolvimento deste protótipo e das atividades correlatas contribui para oexercício do raciocínio, devido à forma de construir o protótipo e a programação, atividadesque estimulam o processo de construção do conhecimento.

O trabalho ainda tem suas limitações, pois ao programar, faltam alguns blocosespecíficos para que seja possível a utilização independente do protótipo, sem que necessiteutilizar um cabo USB para executar suas funções mais complexas. É necessário um maioraprofundamento na pesquisa e no desenvolvimento de atividades, que visem o aperfeiçoa-mento do raciocínio lógico, com auxílio do protótipo e da linguagem de programação emblocos.

Algumas atividade futuras são: aperfeiçoar o trabalho inserindo mais componentesno protótipo, como sensores Blue Tooth ou de Wi-Fi e sensor de ultrassom, o que possibilitauma maior autonomia ao protótipo. Com estes recursos, pode-se construir uma lógicade programação com mais opções de desenvolvimento, com uma interação maior depossibilidades para o projeto.

Além disso, é necessário identificar habilidades específicas do desenvolvimentocognitivo lógico de crianças/adolescentes, na faixa de 12 anos. A partir destas ha- bilidadesespecíficas, desenvolver atividades com o kit, que promovam o desenvolvimento e o exercíciodestas habilidades.

36

REFERÊNCIAS

ARDUINO. Arduino Ivrea Interaction Design Institute. 2018. Disponível em:<https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction>. Acesso em: 19 junho 2018. Citadona página 17.

BERTOLDI, S.; RAMOS, E. M. F. Avaliação de software educacional. impressões ereflexões. Florianópolis: UFSC, 1999. Citado na página 15.

COPI, I. M. Introdução à Lógica. 2oed. [S.l.]: São Paulo: Mestre Jou, 1978. Citado napágina 12.

FALKEMBACH, G. A. M. O lúdico e os jogos educacionais. CINTED-CentroInterdisciplinar de Novas Tecnologias na Educação, UFRGS. Disponível em, 2006. Citadona página 12.

MIT. Scratch MIT Media Lab. 2018. Disponível em: <http://scratch.mit.edu/about>.Acesso em: 19 junho 2018. Citado na página 18.

OLIVEIRA, V. G. de; PORROZZI, R. Possibilidades e limitações da informática naeducação. Revista Práxis, v. 1, n. 1, 2009. Citado na página 12.

PASSARELLI, B. Construindo comunidades virtuais de aprendizagem–projeto tôligado–ojornal interativo de sua escola. Informática Pública, v. 4, n. 2, p. 187–201, 2002. Citadona página 15.

PELIZZARI, A. et al. Teoria da aprendizagem significativa segundo ausubel. revista PEC,v. 2, n. 1, p. 37–42, 2002. Citado na página 12.

PIAGET, J. Intellectual evolution from adolescence to adulthood. Human development,Karger Publishers, v. 15, n. 1, p. 1–12, 1972. Citado na página 16.

PORTO, T. M. E. As tecnologias de comunicação e informação na escola; relaçõespossíveis... relações construídas. Revista Brasileira de Educação, SciELO Brasil, v. 11,n. 31, p. 43–57, 2006. Citado na página 15.

ZILLI, S. d. R. et al. A robótica educacional no ensino fundamental: perspectivas eprática. Florianópolis, SC, 2004. Citado na página 16.

https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction

http://scratch.mit.edu/about

Anexos

38

ANEXO A – DESCRIÇÃO DAS PEÇAS

Chassi - modelo feito de arame reaproveitado semi-rígido, dobrado, medindo vintecentímetros de comprimento por oito centímetros de largura. Possui uma dobra na partede trás como um pequeno semicírculo, que é utilizado para prender o eixo traseiro e paradar suporte à base.

Figura 40 – chassi protótipo

Fonte: Autor

Base de papelão reaproveitado - medindo 20,8milímetros de comprimento por 8,8milímetros de largura,localizado acima do chassi, na devida posição. Possui marcações deonde devem ser encaixadas as devidas peças, como o eixo do motor, motor servo e a placaArduino.

Figura 41 – base protótipo

Fonte: Autor

Eixo motor que é composto por 2 tampas pet motor 9v e um eixo de de arame devinte centímetros

ANEXO A. Descrição das peças 39

Figura 42 – eixomotor

Fonte: Autor

Micro servo motor tem rotação de 180 graus, com torque 4,2kg/cm

Figura 43 – motor servo

Fonte: Autor

Transistor BC 547 NPN(negativo, positivo, negativo) que são 3 pinos em pino 1 ecoletor, pinos 2 base, pino 3 emissor.

Figura 44 – transistor

Fonte: Autor

Eixo dianteiro medindo vinte centímetros, com uma curva no meio para encaixar obraço preso com molas, e braço é ligado ao motor servo em que se encaixa perfeitamente.

E necessário oito tampas de garrafa pet, pegamos quatro tampas e realizamos nocentro da tampa pequenos furos que fiquem firmes no eixo traseiro e utilizamos duas em


Figura 45 – Eixo

Fonte: Autor

cada lado. Para utilizar no eixo dianteiro vamos furar buraco maior que fique livrementeno eixo.

Figura 46 – rodas

Fonte: Autor

Corta 4 pedaços com furo pequeno para prender as rodinhas do eixo dianteiro comolimitador para não enroscar ou cair as rodinhas.


Figura 47 – separador

Fonte: Autor

É necessário sete jumpers para fazer as ligações entre os componentes eletrônicoscom a placa Arduino.

Figura 48 – Jumper

Fonte: Autor

Cabo USB para realizar a conexão entre protótipo e o software

Figura 49 – cabo USB

Fonte: Autor

Documents

UsodoScratcheArduinopara …repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/13997/1/FB_COLIN_2019_2_02.pdfCapítulo 1. Introdução 13 Inúmerosfatorespresentesnasescolasdiﬁcultamaaprendizagem,comofaltade