Laboratórios Remotos em Refrigeração

1- INTRODUÇÃO

“A experiência pode ser comparada a uma conversa com a natureza. O experimentador pergunta e a natureza responde. O mais complicado é formular uma pergunta útil e, acima de tudo, interpretar a resposta. A única maneira de aprender a linguagem da natureza é realizar muitos experimentos em laboratórios que podem ser práticos ou remotos” Ingvar Gustavsson (1943 – 2017)

O estágio realizado no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) entre os dias 22 de julho e 19 de agosto de 2018 teve por objetivo a ampliação dos conhecimentos necessários para a implementação de Laboratórios Remotos na área de refrigeração e climatização.

O Instituto Superior de Engenharia do Porto foi criado em 1852 inicialmente como Escola Industrial do Porto. Tendo tradição de mais de um século e meio na educação tecnológica, seu lema é “Saber Fazer”. No final da década de 1980 foi integrado ao Instituto Politécnico do Porto, composto atualmente por três câmpus.  O ISEP é dividido em nove departamentos e conta com, aproximadamente, 500 docentes e mais de 6 mil estudantes matriculados em seus cursos de 12 cursos de graduação (1. ciclos – licenciaturas) e 11 cursos de pós-graduação (2. ciclo – mestrado), todos enquadrados no Processo de Bolonha.

Para saber mais:  site do ISEP:

No presente relatório são descritas as atividades desenvolvidas no LABORIS – Laboratório de Investigação em Sistemas de Testes. Inicialmente será apresentada uma breve revisão bibliográfica sobre Novas Tecnologias Aplicadas à Educação, tendo como prioridade os Laboratórios Remotos. Também serão relatados os resultados das visitas técnicas (Universidade de Lisboa e CESI – La Rochelle) e algumas considerações sobre a implantação dos laboratórios remotos no Curso Técnico de Refrigeração.

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2- CONCEITOS BÁSICOS

Foram avaliadas diversas publicações recentes sobre o estado da arte dos Laboratórios Remotos, que em conjunto com os simuladores, laboratórios de realidade virtual, laboratórios tradicionais entre outras tecnologias integram uma vasta gama de ferramentas pedagógicas existentes. A maioria delas só se tornou viável recentemente em decorrência da ampliação da velocidade de internet.

Há autores que afirmam que o impacto da internet pode ser comparado ao papel desempenhado pela imprensa. Ao alemão Johann Gensfleish Gutenberg (1397-1468), é atribuída historicamente a invenção da imprensa. A imprensa foi utilizada por Martinho Lutero com o objetivo de disseminar a leitura da Bíblia. Lutero traduziu a Bíblia para o idioma alemão e professou que todas as crianças deviam ser ensinadas a ler as escrituras sagradas, independente de sua classe social. Mesmo que esse não fosse seu objetivo original, a tecnologia desenvolvida por Gutenberg contribuiu para que a educação básica fosse universalizada na Alemanha.

Na atualidade, quando se pensa no impacto das novas tecnologias na educação se observa que a internet tornou acessível um extraordinário volume de informações. A necessária transformação de informação em conhecimento vai de encontro com a ideia de que a internet substituiria os professores e as instituições de ensino. Os professores são essenciais como mediadores. As universidades, que detém o monopólio da concessão de títulos acadêmicos, há décadas vêm se reinventando e se adaptando às novas tecnologias, muito antes da criação da internet.

A Open University do Reino Unido (UKOU), por exemplo, foi criada em 1969, com a missão de ser “aberta a pessoas, lugares, métodos e ideias”. O objetivo da UKOU era abrir a educação para pessoas excluídas por não terem as qualificações para ingressar na ES, ou porque seu estilo de vida e compromissos não favoreciam o comprometimento com a educação em tempo integral. A abordagem da universidade visava eliminar essas barreiras por meio da oferta de uma educação em tempo parcial, a distância, com apoio e acesso aberto (WELLER, 2018).

O exemplo da Open University inspirou centenas de instituições em todo mundo. Mais recentemente, dois cientistas de Stanford (Sebastian Thrum e Peter Norvig) ofereceram uma disciplina de Introdução à Inteligência Artificial sem custos pela internet e tiveram 160 mil inscritos de 190 diferentes países. Essa iniciativa deu origem às plataformas de cursos conhecidos como MOOCs – Massive Open Online Courses: Coursera, Udacity, Veduca, eDX entre outras.

As novas tecnologias da informação e da comunicação deram novo impulso para a educação a distância. No entanto, sua aplicação no ensino presencial parece não estar avançando no mesmo ritmo. Enquanto há países que alcançaram um computador por aluno, o Brasil tem, em média, sete computadores por escola. O desafio é imenso quando confrontado com o total de 50 milhões de matrículas na educação básica (INEP, 2015).

Tabela 1- Distribuição de laboratórios no Brasil – Fonte: INEP (2015).

Infraestrutura Brasil Santa Catarina
Internet 59% 85%
Laboratório de Informática 45% 51%
Laboratório de Ciências 9% 10%
Computadores por escola 7,3% 9,3%

Por meio da Portaria nº 4.059/2004 tornou-se possível o uso de EAD em disciplinas ou conteúdos que correspondam a 20% da carga horária dos cursos de graduação, devidamente reconhecidos, no ensino superior federal e privado. Trata-se de um importante incentivo legal para disseminação das novas tecnologias da EAD no ensino presencial e uma oportunidade para o uso de Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVAs), Laboratórios Remotos, Simuladores e Laboratórios de realidade virtual.

Segundo Gonçalves et al. (2018), as simulações por computador têm como principal vantagem sobre os laboratórios práticos a possibilidade dos estudantes exercitarem com eles a qualquer momento sem risco de danificar os equipamentos. Os alunos podem usar simulações para evoluir no seu próprio ritmo. Por outro lado, durante as simulações os alunos têm que entender que estão lidando com modelos e não com a realidade. No entanto, há estudos que indicam que uma simulação por computador contribui mais para o desenvolvimento do raciocínio abstrato do que os laboratórios tradicionais.

Na Figura 1 tem-se a ilustração de um simulador de circuitos elétricos e eletrônicos:

Figura 1- Ilustração de uma simulação de um circuito elétrico – Fonte: www.falstad.com/circuit/.

Entre os laboratórios de realidade virtual mais conceituados tem-se o LABSTER.  Na Figura 2 é mostrado um experimento sobre Lei dos Gases Ideais, que pode ser realizado como se o estudante estivesse dentro de um laboratório de química. Considerando-se que menos de 10% das escolas brasileiras têm laboratórios convencionais, investimentos em ambientes de realidade virtual tornam-se uma opção a ser considerada.

Figura 2- Ilustração de laboratório de realidade virtual – Fonte: https://www.labster.com/simulations/ideal-gas-law/

Alem da Labster há diversos outros laboratórios didáticos como os disponibilizados pela Open University, conforme ilustrado na Figura 3.

Figura 3 – Laboratórios didáticos – Fonte: http://www.open.ac.uk/researchprojects/open-science/

Com a popularização dos smartfones, a utilização de aplicativos educativos vem aumentando. Enquanto algumas escolas proíbem o uso dos celulares em sala de aula, outras vêm adotando metodologias que incentivam o uso desses aparelhos. Há escolas que fazem uso dos celulares em conjunto de óculos de realidade virtual para que os alunos vivenciem experiências sensoriais em sala de aula. Eles podem visualizar um campo magnético, por exemplo, e com isso entender melhor esse complexo conceito da física.

A tecnologia desenvolvida pela Microsoft no Projeto Hololens se apresenta também como uma promessa capaz de impactar diretamente no processo de ensino-aprendizagem, conforme ilustrado na Figura 4.

Figura 4- Uso da tecnologia Hololens. https://www.youtube.com/channel/UCT2rZIAL-zNqeK1OmLLUa6g 

O projeto Google Expeditions é mais um exemplo de como a tecnologia pode auxiliar aos estudantes conhecerem localidades distantes sem sair da sala de aula (Figura 5). Conta com uma biblioteca de mais de 100 lugares (da Grande Muralha da China até Marte) que podem ser “visitados” por meio de óculos de realidade virtual (Google Cardboard). Por meio do Expeditions, o professor de literatura pode, por exemplo, levar seus estudantes a Verona para conhecer o cenário de Romeu e Julieta do escritor inglês Willian Shakespeare.

Figura 5- Ilustração do projeto Google Expeditions-  Fonte: https://edu.google.com/expeditions/#about

Assim como os smartfones podem ser utilizados de maneira proveitosa em sala de aula, experiências exitosas do uso da tecnologia Kinect dos videogames já são descritas na literatura especializada. Para Savi e Ulbricht (2008), por exemplo, os jogos virtuais podem contribuir no processo de aprendizagem, principalmente no desenvolvimento de habilidades motoras, na promoção do desenvolvimento cognitivo e na socialização dos discentes.

Em seu livro:  A Estrada do Futuro– escrito em 1994 – Bill Gates dedicou um capítulo inteiro sobre o impacto das novas tecnologias na educação. Em sua opinião os ambientes de aprendizagem seriam um dia tão atraentes quanto os videogames.

Para Callaghan et al (2012), a palavra gamificação descreve a aplicação de mecânica de videogames a processos não relacionados a jogos, a fim de melhorar o envolvimento do usuário.

Como exemplo atual, tem-se o jogo Circuit Warz – desenvolvido por pesquisadores da Ulster University (Irlanda) onde os estudantes são desafiados a resolver problemas de eletrônica como condição de seguir jogando (Figura 6).

Figura 6 – jogo digital Circuit Warz

Na formação profissional, a combinação da tecnologia Kinect com os óculos de realidade virtual poderá ser utilizada, por exemplo, para que os estudantes exercitem os procedimentos de instalação de um equipamento de climatização antes das aulas práticas. Há um universo de possibilidades a serem exploradas, principalmente quando inserimos nesse cenário os Laboratórios Remotos.

Entre estes, destacam-se os Laboratórios Remotos VISIR (Virtual Instrument Systems in Reality), que surgiram em 1999 a partir de um estudo de viabilidade realizado no Blekinge Institute of Technology (BTH) na Suécia, sob a coordenação do pesquisador Ingvar Gustavsson (1943 – 2017).

Seu lançamento ocorreu em 2004 e desde então está presente em 13 Instituições distribuídas em sete países: Blekinge Institute of Techonology, Suecia;  Universid de Deusto, Espanha;  Instituto Politecnico do Porto, Portugal;  Universidad Nacional de Educacion a Distancia, Espanha;  FH Campus Wien University of Applied Sciences, Áustria; Carinthia University of Applied Sciences, Austria;  Indian Institute of Technology Madras, India;
Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil; Instituto Federal de Santa Catarina, Brasil; Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brasil; Universidad Nacional de Rosario, Argentina; Universidad Nacional de Santiago del Estero, Argentina e Universidad de Temuco – Chile.

O número de publicações sobre o assunto também vem aumentando a cada ano.

LIMA et al. (2016), realizaram a compilação e análise de 54 trabalhos, provenientes de publicações  de conferências, artigos de revistas e capítulos de livros, sobre a utilização dos Laboratórios Remotos. Pouco mais da metade (52%) tratavam do processo de implantação (questões técnicas). Aproximadamente, 37% abordavam questões didáticas e 11% questões técnicas e didáticas.

Por definição, os Laboratórios remotos são laboratórios que podem ser acessados e operados por estudantes, professores e pesquisadores por meio de um navegador de internet. Segundo Coelho (2017), os laboratórios remotos são mais ágeis e acessíveis aos estudantes porque podem ser acessados mundialmente por meio de plataformas criadas a partir das novas tecnologias da informação e da comunicação.

O laboratório remoto VISIR é voltado ao estudo de elétrica e eletrônica para estudantes de graduação com o propósito de facilitar os estudos práticos. Permite ao estudante entender a ligação entre um circuito real e um remoto obtendo resultados reais através de uma placa de comutação de relés e retornando através de um servidor web os resultados no computador do usuário através de uma página web (COELHO, 2017).

Na Figura 7 é mostrado um modelo representativo da arquitetura dos laboratórios remotos. O que o usuário percebe em sua tela de trabalho é apenas uma pequena parte da tecnologia envolvida.

Figura 7- Arquitetura de estruturação dos laboratórios remotos – Fonte: ALVES, 2017.

Na área de eletrônica, os laboratórios remotos são mais abundantes e apresentam grandes vantagens. Entre elas está o tempo maior de disponibilidade dos experimentos que estão on-line 24 horas por dia, 365 dias do ano. “Com os laboratórios remotos os alunos e professores podem organizar melhor seu tempo, de maneira similar aos horários de aulas. Os laboratórios remotos fomentam o trabalho autônomo” (DA SILVA, 2006).

No Brasil, a partir do apoio técnico e financeiro do Projeto Erasmus  foram instalados três Laboratórios Remotos VISIR, sendo dois deles em Santa Catarina (UFSC e IFSC) e um no Rio de Janeiro (PUC-RJ).

“Esta instalação pressupõe a utilização no contexto de Cursos de Engenharia Elétrica e afins.  Essa utilização não é uniforme porque são instituições com perfis diferentes. O IFSC tem cursos superiores de Tecnologia e de Engenharia, o que faz com que a utilização seja mais abrangente que na UFSC. A possibilidade de expandir o uso dos Laboratórios Remotos VISIR para a RFEPCT do Brasil, representada pelo CONIF é uma oportunidade de alargar a utilização desse recurso para formar melhor os engenheiros dando lhes capacidade e oportunidades de realizar mais experiências. O Laboratório remoto não deve ser entendido como uma alternativa para substituir os laboratórios convencionais. Deve ser compreendido como um laboratório complementar que disponível ao aluno que tenha mais dificuldades ou então para se diminuir o número de vezes que se cometem erros nos laboratórios convencionais. O laboratório remoto possibilita que o aluno possa treinar antes ou praticar mais depois das aulas.  Nesse contexto, dentro desse planejamento que o laboratório remoto VISIR potencializa seu uso educativo” (ALVES, 2018).

Considerando-se que os cursos de engenharia têm como uma de suas características elevada taxa de evasão, o VISIR tem papel importante no apoio do aprendizado das disciplinas de Eletricidade e Eletrônica Básica.

“A evasão se dá por dois motivos principais: quando o aluno não tem apoio quando tem dúvidas e quando o ritmo imposto em determinado processo de ensino aprendizagem é superior ao que ele pode acompanhar. Um laboratório remoto oferece respostas a essas duas questões. Primeiro, o ritmo é imposto pelo aluno, que utiliza o laboratório quando quer e por quanto tempo desejar. Sem estar preso aos horários rígidos impostos pelos laboratórios tradicional. Ao se permitir isso, mitiga-se uma das causas da evasão. A outra é que o laboratório remoto permite o acoplamento de ferramentas que lhe dão feedback. E isso é importante porque o aluno acaba tendo retorno daquilo que está fazendo. Diferente do uso dos laboratórios tradicionais, onde o aluno precisa esperar que o professor corrija os relatórios. Esse tempo de espera pode ser desanimador para muitos estudantes. Por isso penso que o laboratório dá respostas que podem mitigar as causas da evasão” (ALVES, 2018).

Para Alves (2018) é fundamental a capacitação dos professores, de tal forma que estes possam fazer uso de novas metodologias educacionais e utilizar as novas tecnologias em sala de aula com desenvoltura.

“O que temos visto muitas vezes em termos de sala de aula é a introdução da tecnologia. Tínhamos o projetor que foi substituído pelo vídeo-projetor. Mas a metodologia em si não mudou muito. Apenas não é mais preciso imprimir as transparências. A mudança da metodologia passa por um processo de capacitação. Há ainda muitos docentes do ensino superior que olham para esse processo com alguma desconfiança. É preciso capacitar os professores na metodologia para combinar as diferentes tecnologias para melhorar o espaço de sala de aula. É preciso levar os estudantes a participar mais do espaço das aulas usando seu próprio telemóvel (celular), tornando possível que o professor realize determinado experimento que possa ser seguido pelos alunos em um laboratório remoto utilizando seu próprio telemóvel. Já temos tecnologia suficiente, mas é preciso uma nova metodologia. Um telemóvel pode ser mais utilizado em sala de aula em coisas simples como votações online. O professor pode disponibilizar em seu site uma determinada pergunta que os alunos possam votar. A seguir, o professor pode visualizar em seu computador os tipos de respostas e com isso pode fazer uma primeira introdução que contribua para aqueles que votaram de forma errada a repensarem sobre o assunto. Pode fazer uma segunda votação e perceber se houve evolução. Essa é uma mudança de metodologia. Praticamente nenhum aluno vai para sala de aula sem seu celular. O professor precisa se sentir à vontade para usar as novas tecnologias em seu dia a dia” (ALVES, 2018).

Cada tecnologia tem características distintas. Santos et al. (2018) elaboraram uma comparação entre laboratórios virtuais e remotos.

Quadro 1- Comparação entre Laboratórios Virtuais e Remotos- Fonte: Adaptado de Santos et al. (2018)

Laboratórios Virtuais Laboratórios Remotos
Baseiam-se em informações, permitindo acesso a vários alunos ao mesmo tempo. São representações modeladas do mundo real com alta interatividade. Os experimentos virtuais geram sempre as mesmas respostas para as mesmas entradas. O experimento existe fisicamente, mas está localizado em local distinto, podendo ser acessado pela internet a qualquer tempo. Por se tratarem de um experimento real permitem um acesso por vez. Não simulam experimentos que configurem algum risco para o laboratório físico no qual está inserido. A experimentação remota, a cada manuseio, pode gerar resultados diferentes.

Saber explorar cada tipo de tecnologia dentro do momento mais apropriado dentro de uma disciplina também é uma forma de variar os estímulos com o objetivo de motivar os estudantes.

As publicações e vídeos avaliados ao longo do estágio são disponibilizados no Apêndice.

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3- LABORATÓRIOS REMOTOS EM REFRIGERAÇÃO

O desenvolvimento da tecnologia da refrigeração e da climatização é uma das grandes conquistas da humanidade. Pode-se afirmar que sem a existência de uma complexa cadeia global do frio a vida em grandes centros urbanos seria inviabilizada.

Para Gonçalves (2004), o controle de temperatura propiciado pelos sistemas de refrigeração influencia diretamente o cotidiano das pessoas, seja no ambiente domiciliar, comercial ou industrial.

“Isso fica evidente quando se considera a necessidade de sistemas de refrigeração principalmente em grandes agrupamentos urbanos, como na grande São Paulo. Seria impossível estabelecer tamanho adensamento populacional sem a utilização de sistemas de refrigeração, entre os quais os refrigeradores domésticos” (GONÇALVES, 2004).

O funcionamento dos equipamentos de refrigeração depende da circulação de substâncias químicas (fluidos refrigerantes) submetidas a diferentes níveis de pressão e temperatura no interior de tubulações de cobre vedadas hermeticamente. Na Figura 8 tem-se a representação dos quatro componentes principais de um ciclo de refrigeração por compressão mecânica de vapor e um diagrama de pressão versus entalpia característico.

Figura 8- Ciclo de refrigeração por compressão mecânica de vapor

O ciclo mostrado opera entre dois níveis de pressão (de baixa e de alta). Simplificadamente, o fluido refrigerante no estado de vapor superaquecido a baixa pressão ingressa no compressor, onde é bombeado para o condensador (alta pressão). Nesse componente há liberação de calor para o meio externo fazendo com que o fluido refrigerante mude de fase, passando do estado de vapor para líquido. Ao atravessar o dispositivo de expansão na condição de líquido sub-resfriado o fluido perde pressão e reingressa no evaporador. Na condição de baixa pressão o fluido refrigerante retira energia térmica do ambiente resfriado até se vaporizar totalmente. Após receber um reaquecimento adicional o fluido refrigerante ingressa novamente no compressor na condição de vapor superaquecido reiniciando o ciclo termodinâmico.

Essa explicação do funcionamento teórico de um ciclo de refrigeração muitas vezes é abstrata para os estudantes do Curso Técnico de Refrigeração que há três décadas é oferecido pelo câmpus São José do IFSC.

Segundo IFSC (2018), o Técnico em Refrigeração e Climatização é o profissional habilitado a realizar manutenção, instalação,supervisão, operação, e projetos de sistemas de refrigeração e climatização. Nesta área de atuação, o técnico tem como principais objetivos garantir o conforto térmico ambiental de seres humanos e a conservação de alimentos.

Por isso, além dos fundamentos teóricos em sala de aula, os alunos também têm aulas de laboratórios tradicionais com o objetivo de desenvolver suas habilidades motoras e competências práticas.

A articulação dos conteúdos práticos e teóricos vai ao encontro das pesquisas realizadas por Dale (1964, apud Da Silva, 2006), que afirmou que os conceitos teóricos podem ser mais facilmente entendidos e retidos se forem construídos a partir da experiência concreta, quando o estudante se torna um sujeito ativo do processo de ensino-aprendizagem. Dale mostrou que lembramos em média 90% daquilo que falamos e praticamos e apenas 10% daquilo que lemos (Figura 9). Por esse motivo é fundamental incentivar que os alunos pratiquem os conteúdos aprendidos desde o início do curso.

 

Figura 9-  Cone da experiência de aprendizagem. Fonte: Dale (1964, apud Da Silva, 2006).

Para Feisel e Rosa (2005), ao final das práticas de laboratório os estudantes deveriam ser capazes de cumprir 13 objetivos: (1) aplicar sensores apropriados e utilizar instrumentação para fazer medições de quantidades físicas; (2) identificar os pontos fortes e as limitações de modelos teóricos como preditores de comportamentos do mundo real; (3) conceber uma abordagem experimental, interpretar os dados e os resultados; (4) demonstrar capacidade de coletar, analisar, interpretar dados que apoiem as conclusões, fazer julgamentos de ordem de grandeza e usar unidades de medidas; (5) projetar e construir uma peça, produto ou sistema atendendo os requisitos do cliente, testando e depurando um protótipo, sistema ou processo; (6) aprender com o fracasso, identificando resultados mal sucedidos devido a equipamentos ou projetos defeituosos, reprojetando os processos e equipamentos se preciso; (7) demonstrar níveis adequados de independência, de pensamento, de criatividade ; (8) demonstrar competência na seleção, modificação e operação de ferramentas de engenharia apropriadas; (9) agir com segurança e lidar com responsabilidade com os processos e atividades tecnológicas; (10) comunicar-se efetivamente sobre o trabalho de laboratório com audiência específica, oralmente e por escrito, em níveis que vão desde sumários executivos até técnicas abrangentes relatórios; (11) trabalhar de forma eficaz em equipes, incluindo estruturar a responsabilidade individual e conjunta; atribuir papéis, responsabilidades, e tarefas; monitorar o progresso; cumprir prazos; e integrar contribuições individuais em um resultado final; (12) comportar-se com os mais altos padrões éticos; (13) consciência sensorial para reunir informações e fazer julgamentos de engenharia sólidos na formulação de conclusões sobre problemas do mundo real.

No Curso Técnico há diversas bancadas tradicionais que são utilizadas para consolidação da formação dos estudantes. Também são disponibilizadas videoaulas e animações virtuais, que permitem aos estudantes revisarem os conteúdos teóricos e práticos em seu tempo livre ou até mesmo visualizarem procedimentos técnicos que não foram assimilados durante as aulas práticas tradicionais. Entre os objetivos educacionais relatados por Feisel e Rosa (2005) entende-se que a capacidade de realizar medições , interpretar e comunicar resultados são os mais importantes.

Na Figura 10  é mostrado um quadro de uma animação virtual utilizado no Curso Técnico de Refrigeração.

Figura 10- Quadro de uma animação virtual ilustrando os componentes de um ciclo de refrigeração.

Na Figura 11, tem-se a representação de um quadro de uma videoaula que mostra como utilizar uma bancada didática tradicional  de Mecânica dos Fluidos.

Figura 11- Representação de uma bancada didática tradicional de Mecânica dos Fluidos.

Dada a importância de se oportunizar aos alunos maior tempo de contato com as atividades práticas de laboratório e considerando-se os avanços na velocidade e cobertura da internet, tornou-se também possível a utilização dos laboratórios remotos pelos estudantes de Refrigeração. Mas, após revisão na literatura especializada verificou-se que são raros os laboratórios remotos específicos nesta área. Os experimentos mais comuns referem-se à Física Térmica. Nos experimentos mostrados na Figura 12 e disponíveis no RexLAB da UFSC – câmpus Araranguá é possível explorar alguns conceitos de transferência de calor.

Figura 12- Alguns experimentos disponíveis no RexLAB – Araranguá- Fonte: http://relle.ufsc.br/labs

No RexLAB – Laboratório de experimentação remota do câmpus da UFSC – Araranguá também  são disponibilizados laboratórios remotos específicos para a área de Eletricidade Básica. Eles possibilitam desenvolver práticas remotas para explicar conceitos como: Leis de Ohm, Potência Elétrica, Circuito Elétrico e Medidores de Tensão e Corrente, Associação de Resistores e Leis de Kirchhoff (UFSC, 2018).

Entre as diversas bancadas remotas avaliadas, observou-se que o VISIR tem grande potencial pedagógico para ser utilizado na disciplina de Eletricidade Básica, oferecida na primeira fase do Curso Técnico de Refrigeração subsequente. A expectativa é que o uso complementar do VISIR pelos estudantes contribua para reduzir os atuais índices de reprovação.

No entanto, é necessário analisar como deve ser realizada a integração, ainda no Plano de Ensino, do VISIR (remoto) com os laboratórios tradicionais e com os laboratórios virtuais.  Segundo Alves (2018), uma das maiores dificuldades inerentes à utilização desses três recursos (real x simulação x remoto) é precisamente a definição clara de quais os objetivos educacionais (e de aprendizagem) associados a cada recurso, em particular, e quais os objetivos associados à utilização conjunta. O que é que os alunos aprendem mais (ou melhor) pelo fato de utilizarem de forma combinada esses três recursos?

Quadro 2- Algumas características dos laboratórios de Eletricidade.

Laboratórios tradicionais Laboratórios

virtuais

Laboratório

Remoto VISIR

Não estão disponíveis sempre que desejado; Custos altos para instalação e manutenção; necessidade de monitoramento do estudante; oferece risco de choques elétricos.

 

Disponíveis a qualquer momento quando não há custo de assinatura, sem necessidade de monitoramento; permite realização de simulações de maneira intuitiva sem capacitação anterior; não oferece riscos de choque aos estudantes. Disponível a qualquer momento sem custos; não necessita de monitoramento; permite realização de experimentos reais; necessita de capacitação inicial; não oferece riscos; uma de suas limitações é a configuração dos circuitos disponíveis na matriz de contatos.

Há também a possibilidade de se construir bancadas remotas próprias para serem utilizadas como ferramentas de apoio aos cursos presenciais e EAD oferecidos pelo câmpus São José.

Considerando-se a complexidade envolvida, a área Técnica de Refrigeração se articulou com a empresa SOMA Engenharia Equipamentos Didáticos e submeteu um projeto junto à FAPESC: “Desenvolvimento de Hardware e Software Replicáveis para Emular Interação Remota em Bancadas Didáticas”. O Projeto aprovado prevê a construção de uma bancada remota capaz de demonstrar o princípio de funcionamento de um compressor alternativo. O objetivo é que os estudantes possam visualizar e controlar via internet o funcionamento em câmera lenta de um compressor de acrílico similar aos utilizados nos refrigeradores domésticos.

O acionamento remoto do compressor será controlado por um software integrado a um microcontrolador Arduino Mega 2560, uma placa Ethernet Shield e a um relé de 5V. Para a visualização do deslocamento do sistema de compressão serão utilizadas uma webcam e uma lâmpada estroboscópica. Como se pode perceber é necessário o desenvolvimento da parte física (hardware) e da programação (software) que possibilitará a interação remota com o estudante por meio da internet, conforme ilustrado na Figura 13.

 

 

Figura 13– Esquema de uma banca didática para visualização do processo de compressão.

Durante o processo de planejamento desse laboratório remoto foi importante a realização de visitas técnicas ao RexLAB do câmpus Araranguá da UFSC e ao VISIR implantado no câmpus Florianópolis do IFSC. A visualização em campo e o compartilhamento de experiências com as equipes do IFSC – Florianópolis e do RexLAB – UFSC ampliaram o nível de compreensão do grupo de refrigeração em relação ao assunto. A descrição dos resultados destas visitas técnicas é mostrada no Apêndice.

Também foram realizadas oficinas práticas com o objetivo de compreender na prática os desafios da montagem do hardware de controle e acionamento do compressor e do software de interface com os estudantes.

Entre os problemas que foram implementados tem-se a ligação de uma lâmpada via internet. De maneira simplificada, pode se afirmar que o acionamento de um compressor remotamente tem o mesmo grau de complexidade que a ligação de uma lâmpada via internet.

Para realização desse experimento foi utilizado um Arduino Mega 2560, uma placa Ethernet Shield, um relé 5V de dois canais e uma webcam ligada à internet, conforme ilustrado na Figura 14.

Figura 14- Ilustração da oficina desenvolvida para ligação de uma lâmpada pela internet.

O Arduino Mega 2560 possui uma placa com entradas/saídas lpdigitais, analógicas, de comunicação. Sua alimentação pode ser realizada por meio da conexão de sua USB a um computador ou por meio de uma fonte de alimentação. A entrada da programação também se dá via USB diretamente com o computador (Figura 15).

Figura 15- Foto de um Arduino modelo MEGA 2560.

Esse modelo de Arduino é baseado no microcontrolador ATMEGA 2560, que opera com 256 Kb de memória FLASH, 8Kb SRAM, e 4Kb EEPROM. O equipamento possui 54 entradas e saídas digitais, 16 entradas analógicas e pinos de comunicação serial.  Um componente Ethernet Shield foi conectado ao Arduino Mega 2560 com o objetivo de providenciar a conexão com a internet, o que possibilita o acionamento da lâmpada remotamente.

A comunicação do Ethernet Shield é baseada na lógica server/client, sendo o primeiro um WebServer e o segundo um WebClient. O programa WebServer, faz com o Arduino transforme-se um um server simples, este aguarda o pedido do client, que para este exemplo é o browser. Após a realização deste pedido o server envia uma resposta para o client, apresentando a leitura do valor dos pinos analógicos através de uma página escrita em HTML. O programa de acionamento da lâmpada foi inicialmente escrito a partir da adaptação de códigos existentes.

O módulo Relé 5V de 2 canais utilizado nesse experimento permite fazer o acionamento de cargas de 200VAC, como lâmpadas, equipamentos eletrônicos, motores, ou usá-lo para fazer um isolamento entre um circuito e outro.
O módulo é equipado com transistores, conectores, LEDs, diodos e relés de alta qualidade. Cada canal possui um LED para indicar o estado da saída do relé.

Além desta bancada que explorará o princípio de funcionamento de um compressor alternativo, futuramente  há também a possibilidade do desenvolvimento de bancadas remotas para que os estudantes investiguem possíveis causas de falhas elétricas nos equipamentos de climatização, que correspondem à grande parte dos problemas práticos.

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3.1- APLICAÇÃO DO VISIR EM REFRIGERAÇÃO

Conforme relatado anteriormente, na fase de preparação para o presente estágio se observou a pertinência de se investigar qual seria a melhor maneira de introduzir o Laboratório Remoto VISIR na unidade curricular de Eletricidade Básica, oferecida na primeira fase do Curso Técnico Subsequente de Refrigeração e Climatização. Nessa disciplina são desenvolvidos os seguintes conhecimentos: unidades elétricas, ferramentas elétricas, eletrodinâmica; Lei de ohm; tensão elétrica, corrente, resistência, potência, energia elétrica; circuitos em corrente contínua (CC); associação de resistores; princípios de circuitos em corrente alternada (CA); instrumentação elétrica (multímetro e alicate amperímetro).

A disciplina de Eletricidade Básica tem uma parte de seu conteúdo ministrada em sala de aula e outra parte desenvolvida nos laboratórios tradicionais.

Atualmente os laboratórios virtuais (PHET) já vem sendo utilizados com sucesso em conjunto com os laboratórios reais, conforme mostrado na programação semanal da disciplina (Quadro 3).

Figura 16- Simulador PHET – Eletricidade Básica. Fonte: Site do PHET COLORADO – SIMULAÇÃO DE CIRCUITOS

Quadro 3 – Programação atual da disciplina de Eletricidade – 2018/2

Além dos experimentos remotos disponibilizados pelo RexLAB, a introdução do VISIR é mais uma opção para ampliar o tempo de utilização dos laboratórios pelos estudantes.

No entanto, é importante realizar um trabalho de sensibilização junto aos professores da disciplina. Segundo Viegas et al. (2018), o envolvimento dos professores e a sua capacidade de informar aos alunos sobre a utilidade do VISIR têm uma influência significativa não só no desempenho dos alunos, mas também na sua percepção de aprendizagem e satisfação com a ferramenta. O VISIR pode contribuir sobremaneira para o aprendizado, principalmente daqueles alunos que apresentam dificuldades de aprendizagem. E essa condição parece estar presente nos Cursos Técnicos Subsequentes.

Na utilização do VISIR é importante procurar um equilíbrio entre o necessário planejamento pelo professor e a concessão de liberdade ao aluno usar os laboratórios remotos segundo seu próprio ritmo e estilo de aprendizagem, conforme mostrado na Figura 17 (Alves, 2017). A ilustração mostra um esquema metodológico da integração dos Laboratórios Tradicionais (Hands-on) com os Laboratórios Não Tradicionais (Remotos e Virtuais).

Figura 17- Metodologia para combinar diferentes tipos de laboratórios.

Como pode ser observado na Figura 15, não há um único caminho para se integrar os laboratórios não tradicionais com os tradicionais. Trata-se de um processo interativo que vai depender de como o professor organiza seu plano de ensino e do interesse dos estudantes.

Site do PHET COLORADO – SIMULAÇÃO DE CIRCUITOS

Ao longo do processo é importante que sejam realizadas avaliações sobre as facilidades e dificuldades de utilização. Ao se medir o nível de compreensão antes e depois das atividades é possível verificar qual foi o ganho de conhecimento alcançado.

Por isso é importante se estabelecer previamente uma metodologia de utilização e avaliação do VISIR. Segundo Viegas et al (2018), o envolvimento dos professores e a sua capacidade de informar os alunos sobre a utilidade do VISIR têm uma influência significativa não só no desempenho dos alunos, mas também na sua percepção de aprendizagem e satisfação com a ferramenta. Os autores concluíram que o VISIR pode contribuir sobremaneira para o aprendizado dos alunos que apresentam dificuldades de aprendizagem. E essa condição se encontra presente nos Cursos Técnicos Subsequentes.

Segundo Alves (2018), é importante procurar um equilíbrio entre o necessário planejamento pelo professor e a concessão de liberdade ao aluno usar os laboratórios remotos segundo seu próprio ritmo e estilo de aprendizagem. Na Figura 17 tem-se a ilustração de uma metodologia de ensino-aprendizagem combinando a utilização de Laboratórios Tradicionais (Hands-on) e Laboratórios Não Tradicionais (Remotos e Virtuais).

Para Alves (2018), a sequencia de utilização dos laboratórios tradicionais e não tradicionais depende do estilo de aprendizagem do aluno e da forma como ele vai construindo o conhecimento.

“Isso não impede que o professor, ao preparar uma determinada parte da matéria, não planeje uma dada sequência de utilização e a siga. Porém numa matéria seguinte ele poderá mudar essa sequência, pois entende que para essa outra matéria, será melhor começar pelo laboratório virtual e não pela apresentação da teoria envolvida (por exemplo na apresentação da noção de campo magnético)” (ALVES, 2018).

Segundo Costa-Lobo et al. (2008), considerando o caso particular das Ciências e Engenharias, onde a componente laboratorial no processo ensino-aprendizagem assume um papel relevante, os recentes avanços ao nível das tecnologias educativas criaram alternativas válidas aos ambientes laboratoriais tradicionais, nomeadamente os ambientes laboratoriais virtuais e remotos, ainda não totalmente exploradas.

“Dispondo os docentes de uma variedade crescente de recursos educativos e de métodos de ensino, em face de um leque alargado de alunos com estilos de  aprendizagem próprios, importa estudar de que forma se pode ponderar e sequenciar os diferentes tipos de ambientes laboratoriais, para atingir o objectivo geral de aumentar o nível do saber e das competências experimentais dos alunos que optam pelas Ciências e Engenharias” (COSTA-LOBO et al, 2008).

Uma vez compreendida essa questão metodológica é importante organizar a forma de aplicação junto aos estudantes.  Na página do VISIR instalado no câmpus FLORIANÓPOLIS (IFSC)  tem-se que a matriz dos circuitos elétricos que podem ser implementados. No exemplo mostrado na Figura 18, traçamos um circuito simplificado sobre a matriz original formando um circuito elétrico composto de 2 resistores em paralelo e um resistor em série.

Figura 18- Ilustração de uma matriz de circuitos do VISIR – Florianópolis

Ou seja, é possível traçar um circuito dentro do conjunto de caminhos disponíveis no VISIR. Para configurações mais complexas é necessário utilizar a matriz de componentes de outros Laboratórios Virtuais ou solicitar que as configurações desejadas sejam montadas fisicamente.

No Manual de uso do VISIR há diversas orientações sobre como os professores devem gerenciar as turmas e liberar o acesso dos estudantes ao laboratório remoto: Manual para Professores VISIR

 

EXEMPLO DE APLICAÇÃO:

Seja um circuito elétrico composto por 3 resistências elétricas, sendo duas delas em paralelo e uma em série. Supondo-se que a tensão aplicada pela Fonte seja de 6V e que as resistências elétricas sejam conhecidas é possível calcular qual é a corrente teórica que circula pelo circuito. Esse valor teórico pode ser comparado diretamente com o valor medido diretamente no VISIR por um multímetro.

O acesso ao Laboratório Remoto se dá a partir do endereço de internet:

https://visir.florianopolis.ifsc.edu.br/visir/index.php/pt 

É necessário clicar em login. Se for o primeiro acesso é preciso ativar o email para iniciar o experimento como convidado. Uma vez no VISIR a tela de abertura é mostrada na Figura 19:

Figura 19- Ilustração da tela inicial do VISIR – Florianópolis

A protoboard virtual funciona da mesma forma que uma matriz de contato real. No menu inferior é possível acessar uma fonte de corrente contínua, um gerador de funções, um osciloscópio e um multímetro. Para a implementação de um circuito elétrico no VISIR é preciso clicar sobre o símbolo “+” para visualizar as resistências desejadas (220 ohms, 990 ohms e 1180 ohms). A seguir é preciso executar as interligações elétricas arrastando os fios (cor dos cabos) para a protoboard.

Na representação mostrada na Figura 20, o multímetro está ligado em série com o objetivo de medirmos a corrente elétrica que circula pelo circuito.

Figura 20- Ilustração do circuito para estudo de associação de resistores.

Inicialmente os estudantes devem ser orientados a realizar a medição das resistências utilizando-se do multímetro. Ao realizar esse procedimento percebe-se claramente a diferença entre um Laboratório Remoto e um Laboratório Virtual. As resistências teóricas são 220 ohms, 1 kohms e 1,2 kohms. Mas os valores reais medidos são 220 ohms, 990 ohms e 1180 ohms. Em um Laboratório Virtual não há variação nos valores medidos e nominais. Na Figura 21 são mostrados os procedimentos para medição das resistências individuais dos resistores.

Figura 21- Ilustração da medição de resistências individuais dos resistores.

Na Figura 22 tem-se a montagem no VISIR e a medição da corrente elétrica total que circula no circuito.

Figura 22- Ilustração da medição da corrente elétrica total que circula pelo circuito.

Nesse processo os estudantes devem relembrar como se calculam as resistências elétricas equivalentes quando associamos resistores em série e em paralelo. Nesse exemplo, a resistência elétrica equivalente é de  1360 ohms.

(1/Req)=(1/R1)+(1/R2)   que resulta em 180 ohms.

Rtotal=Req+R3  que resulta em 1360 ohms.

Observamos na Figura 23 que as quatro resistências elétricas podem ser transformadas em apenas uma equivalente.

Figura 23 – Ilustração do cálculo da resistência equivalente.

A corrente teórica calculada por meio da Lei de Ohm é de 0,00441 amperes ou ainda 4,41mA, valor muito próximo do valor real medido pelo multímetro:

CORRENTE ELÉTRICA (i) = VOLTAGEM / RESISTÊNCIA ELÉTRICA

CORRENTE (i) = 6V / 1360 ohms = 0,00441 amperes

Para revisar a teoria sobre associação de resistores em paralelo.

No vídeo a seguir tem-se um exemplo da utilização do VISIR.

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Videoaula explicativa de como utilizar o VISIR – https://youtu.be/qKt2lyyZ0t8

Ao longo do processo é importante que sejam realizadas avaliações sobre as facilidades e dificuldades de utilização. Da mesma forma, ao se medir o nível de compreensão dos estudantes antes e depois das atividades é possível verificar qual foi o ganho de conhecimento alcançado. A seguir, tem-se um modelo de avaliação simplificada proposta para os estudantes do Curso Técnico de Refrigeração (Quadro 4).

 

Quadro 4-AVALIAÇÃO DE USO LABORATÓRIOS REMOTOS  – Adaptado de Santos (2018)

Caro estudante, por gentileza avalie as afirmações a seguir: Avaliação
Concordo Plenamente Concordo Concordo

Parcialmente

Discordo
Foi simples de usar o(s) laboratório(s) virtual(is) e/ou remoto(s).
As informações explicativas contidas na página contribuíram para manusear o(s) laboratório(s) virtual(is) e/ou remoto(s).
A utilização do(s) laboratório(s) virtual(is) e/ou remoto(s) melhorou minha compreensão dos conceitos teóricos que foram abordados na prática.
O uso do(s) laboratório(s) virtual(is) e/ou remoto(s) contribuiu para minha aprendizagem.
A forma como o(s) laboratório(s) virtual(is) e/ou remoto(s) foi abordado em sala de aula contribui para a resolução de problemas.
A possibilidade de acessar o(s) laboratório(s) virtual(is) e/ou remoto(s) em qualquer momento do dia e de qualquer lugar é muito útil para planejar melhor o tempo de estudo.
A realização de experimentos em laboratório(s) virtual(is) e/ou remoto(s) pode melhorar o desempenho em um laboratório real.

 

A análise dos resultados da aplicação possibilitará a adoção de estratégias mais adequadas para cada turma.

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4- Considerações Finais

Considerando-se os objetivos iniciais definidos na proposta de estágio foi necessária uma preparação preliminar ainda no Brasil:  leituras de artigos, oficinas práticas e visitas técnicas.

Durante o trabalho desenvolvido no ISEP, procurou-se verificar a aplicabilidade de diversas tecnologias relacionadas aos laboratórios virtuais e remotos. A sistematização destas informações na forma de um relatório técnico tem por objetivo compartilhar esse aprendizado com outros profissionais do IFSC. A partir dos testes realizados pode-se afirmar que a integração dos mais de 200 milhões de celulares ativos no Brasil com os simuladores de realidade virtual tem grande potencial pedagógico.

A introdução dos laboratórios não tradicionais, principalmente nos cursos superiores e técnicos, é um caminho sem volta. Mas ainda é preciso superar diversos obstáculos. Alguns deles são a falta de capacitação e até certa desconfiança. Penso ser necessário aprender o potencial e limitação de cada tecnologia para tirar proveito delas no momento mais acertado. É preciso planejar a introdução dos laboratórios não tradicionais de forma complementar, respeitando a capacidade e o ritmo dos estudantes. Não há uma receita pronta.

Pela limitação de tempo e em decorrência do estágio ter sido desenvolvido durante o período de férias do ISEP, priorizou-se a análise da viabilidade técnica da utilização do laboratório remoto VISIR nas aulas de Eletricidade Básica do Curso Técnico de Refrigeração e Climatização. Os testes realizados com diversos equipamentos remotos localizados no ISEP, IFSC, UFSC e PUC-Rio se mostraram exitosos. No entanto, a limitação de construção apenas de circuitos previstos nas diferentes matrizes de contato e a dificuldade inicial de acessar o laboratório remoto são entraves que precisam ser superados com paciência e criatividade pelos estudantes.

Espera-se que a aplicação do VISIR ocorra ao longo do próximo semestre, dentro da programação e plano de ensino da disciplina, quando será possível mensurar na prática eventuais ganhos no aprendizado dos estudantes.

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APÊNDICES

APÊNDICE 1- VISITA TÉCNICA – UNIVERSIDADE DE LISBOA

No dia 31 de julho realizei visita técnica ao Instituto de Educação da Universidade de Lisboa, onde fui recebido pela prof. Neuza Sofia Pedro Guerreiro. Prof. Neuza é docente do Curso de Pós-Graduação em Tecnologias e Metodologias da Programação no Ensino Básico.

Conheci um Laboratório utilizado para a formação dos professores em nível de pós-graduação (Future Classroom Laboratory). O objetivo desse ambiente é possibilitar que os docentes da educação básica tenham contato com as novas tecnologias e aprendam como elas podem ser utilizadas no dia a dia das salas de aula.

O laboratório foi concebido entre os anos de 2011 e 2014 a partir de um projeto estabelecido entre 31 Ministérios da Educação da União Européia.  No início não havia recursos disponíveis. Por isso foi necessário captar recursos de empresas interessadas em testar e validar novas tecnologias educacionais. Entre as empresas parceiras tem-se: BEEVERYCREATIVE, PROMETHEAN, STEELCASE E MICROSOFT.

Atualmente as empresas demandam diversas atividades aos professores participantes do projeto: “Não há almoço grátis”, lembrou bem a professora. A relação entre as empresas e a Universidade de Lisboa é bem vinda e não criminalizada.

Considerando-se a importância de se desenvolver conteúdos digitais próprios, questionei sobre a participação de profissionais da área Tecnologia da Informação. No Brasil há algumas universidades privadas que estão contratando DESIGNERS INSTRUCIONAIS, que são profissionais que aliam conhecimentos na área de TI e de didática e tem por objetivo a criação de conteúdos digitais especializados – animações 3D, realidade aumentada, gamificação etc.

Como resposta soube que há falta de profissionais de TI dedicados à área de educação. Por isso o Laboratório precisa contratar estagiários que acabam saindo após 2 ou 3 anos. A área de TI é muito valorizada em toda a Europa e não há um incentivo financeiro e um plano de carreira que mantenham esses quadros na universidade.

Prof. Neuza destacou que há diversos brasileiros realizando Mestrado em Tecnologias Educacionais na Universidade de Lisboa por meio da Educação a Distância. O valor da “propina” ou anualidade é de aproximadamente 1.200 Euros. As avaliações são orais e síncronas. A defesa da dissertação é presencial na Universidade de Lisboa. Penso que essa é uma boa opção para todos aqueles que querem se capacitar em novas tecnologias educacionais.

No momento há 41 Salas de Aula do Futuro implantadas em Portugal, número que vem aumentando a cada ano. Não há um modelo único, mas todas seguem a mesma metodologia desenvolvida pela Universidade de Lisboa.

Prof. Neuza destacou que tão importante quanto disponibilizar novas tecnologias, é a formação dos profissionais da área de educação. É preciso também que as novas tecnologias sejam acompanhadas de novas práticas pedagógicas e de novos espaços de aula. É um tripé.  O projeto Future Classroom Laboratory está presente em 14 países (a maioria na UE, 1 no EUA 1 na China).

Prof. Neuza defendeu tese de doutorado em 2011 sobre a utilização das novas tecnologias pelos professores:  UTILIZAÇÃO EDUCATIVA DAS TECNOLOGIAS, ACESSO, FORMAÇÃO E AUTO-EFICÁCIA DOS PROFESSORES. Para quem tiver curiosidade estou disponibilizando o link para sua tese e para uma apresentação realizada no Brasil em evento promovido pelo SENAC.

Sobre a possibilidade de parcerias com os Institutos Federais recebi como resposta que é necessário se estabelecer contrapartidas, o que vem dificultando parcerias mais efetivas em programas de dupla certificação ou realização de cursos de pós-graduação em conjunto. Mas há abertura para avançar nesse sentido.

Entre os recursos educacionais disponíveis na sala de aula do futuro (Future Classroom Laboratory) tem-se uma impressora 3D desenvolvida por uma empresa portuguesa e um Scanner Digital. Segundo prof. Neuza, são dois dispositivos que possibilitam tornar concretos conceitos abstratos.

Como exemplo ela lembrou que as crianças não são tão boas em abstração. Por isso a impressão de uma célula, por exemplo – que é a unidade básica da vida – contribui para que crianças de 10 – 11 anos possam compreender melhor esse importante conceito da biologia.  No Scanner Digital, a criança coloca um objeto sobre uma superfície e ele é virtualizado. O programa utilizado é o SPROUT.

No programa de pós-graduação os professores também aprendem a importância de se ensinar programação para as crianças. A seguir disponibilizo uma palestra interessante com o criador do SCRATCH.

https://scratch.mit.edu/

Enfim, uma visita técnica proveitosa e que espero possa inspirar os colegas interessados no assunto.

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Para saber mais:

Apresentação da prof. Neuza em evento do SENAC     Tese de doutorado prof. Neuza Sofia Pedro Guerreiro

Apresentação SITED 2018          Laboratórios Virtuais_criar e promover o conhecimento

Revista Tecnologias na Educação

Acesse também o site do Programa de Pós-Graduação:

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APÊNDICE 2- RELATÓRIO DA VISITA TÉCNICA AO CESI – LA ROCHELLE

No dia 24 de julho de 2014 realizei visita técnica ao CESI – LA ROCHELLE. Fui recebido pela prof. Kátia Mendonça, que atuou por 15 anos na PUC-Curitiba.

O CESI é similar aos Institutos Fraunhofer da Alemanha. Segundo prof. Kátia, a função social do CESI é similar a dos Institutos Federais. A França tem 24 instituições com esse perfil de forte articulação com o setor produtivo. Ao todo há parcerias com 9.000 empresas.

A Escola de Engenharia do CESI surgiu na década de 1950 a partir de uma ação da Renault, para elevação da escolaridade de seus profissionais de nível técnico em nível de engenharia. Por isso, desde sua concepção o CESI foi criado para contribuir para o desenvolvimento das empresas francesas. O CESI La Rochelle surgiu em 2014. A pesquisa no CESI tem dois temas: “Aprender e Inovar” e “Engenharia e Ferramentas numéricas”. E esses dois temas tem duas aplicações: ou a cidade do futuro ou a indústria do futuro.

Toda a estrutura pedagógica e a edificação inteligente são partes da nova metodologia desenvolvida no CESI – La Rochelle – dentro do tema Cidade do Futuro. 

Inicialmente o que me chamou a atenção foi a configuração arquitetônica da edificação. O prédio está localizado em um bairro onde as todas as construções precisam ser sustentáveis. Por isso há diversos sistemas de controle de temperatura, umidade e percentual de gás carbônico.

Conheci diversos laboratórios onde são realizadas atividades de pesquisa e prestação de serviços para empresas, principalmente da área de construção civil. Um dos cursos oferecidos é similar ao de Engenharia de Produção Civil oferecido no Brasil.

O CESI se preocupa com a formação do engenheiro do terceiro ao quinto ano. Os alunos que tenham realizado a parte básica de qualquer engenharia podem se candidatar ao CESI. E o diferencial é a forte articulação com o setor produtivo. Há uma preocupação grande de como impactar no desenvolvimento regional.

Os graduandos são empregados por empresas, onde fazem parte de sua formação profissional. Para tanto recebem salário. O cronograma de atividades prevê ao longo de cada período um conjunto de semanas na empresa e um conjunto de semanas no CESI.

As aulas no CESI não são convencionais. Os estudantes aprendem, principalmente, a partir de solução de casos concretos trabalhando em grupo. As salas de aula do CESI foram projetadas com esse objetivo.

Cada projeto deve ser resolvido a partir de um roteiro pré-estabelecido pelo PILOTO da turma. Cada turma também tem um TUTOR. O processo de formação tem a preocupação de promover a autonomia dos estudantes. As poucas aulas programadas são diferentes. Servem para que os estudantes tragam questões práticas e teóricas não compreendidas durante o desenvolvimento dos projetos.

Prof. Kátia relatou que uma de suas funções é a supervisão destes estudantes em suas atividades nas empresas. O interessante é que eles estão distribuídos em toda a França. Na foto abaixo há a indicação dos locais onde estão trabalhando os estudantes do CESI – La Rochelle.  Ou seja, apesar dos estudantes cursarem engenharia em La Rochelle, o eficiente sistema de transportes francês permite que eles estejam trabalhando em empresas de diversas partes do país. O acompanhamento dos estudantes nas empresas é uma grande oportunidade dos professores  estreitarem laços com o setor produtivo.

Uma das áreas em que o CESI desenvolve pesquisa é em Qualidade do Ar e em Eficiência Energética de Edificações. Para avaliar uma edificação os estudantes utilizam softwares baseados na metodologia BIM – Building Information Modeling. Essa metodologia é obrigatória na Comunidade Europeia. Ou seja, todos os projetos devem prever as interferências e serem documentados dentro do conceito BIM.

Segundo prof. Kátia, a aquisição e  aprendizado do uso do software CYPETHERM pelos professores do IFSC seria importante. Penso que esse seria um excelente tema para uma Licença Capacitação.

CYPETHERM  – Versão em Português

O CESI também trabalha com plataformas de realidade virtual e realidade aumentada na área de engenharia industrial. Como exemplo prof. Kátia citou o caso de um simulador utilizado para a manutenção de equipamentos de produção de energia eólica. Os profissionais são capacitados no simulador e depois acompanhados on-line durante a prática por especialistas localizados em uma base de apoio.

Por iniciativa do prof. Marcos Garcia, o IFSC encaminhou um Termo de Cooperação com o CESI o que facilitará a mobilidade de estudantes e professores.

Penso que a metologia de ensino desenvolvida no CESI é avançada até para os padrões europeus. Há uma preocupação com o desenvolvimento territorial na localização dos CESIs e na forma como seus cursos são organizados. Há uma grande preocupação com o desenvolvimento do senso de autonomia dos futuros engenheiros. E isso acontece pela prática profissional durante o curso e pela metodologia de projetos.

Para saber mais:

Para saber mais:

O que são os CESIs

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APÊNDICE 3- VISITA TÉCNICA: VISIR – CÂMPUS IFSC FLORIANÓPOLIS

No mês abril de 2018, durante a fase de preparação para o estágio no ISEP, visitamos o Laboratório Remoto VISIR (Virtual Instrument Systems in Reality) instalado no câmpus Florianópolis do IFSC. O equipamento foi instalado sob a coordenação do prof. Luis Schlichting com recursos da Comunidade Europeia.

O grande diferencial em relação aos simuladores existentes é que no VISIR, os circuitos criados remotamente pelos estudantes  na tela do computador são implementados fisicamente no equipamento.

  

“Esse é o principal benefício, mas também uma das maiores dificuldades. Tanto para o aluno quanto para o professor, acostumados com trabalhos de simulação ou realidade virtual. Às vezes é complicado entender que trata-se de uma experiência real, de que os ‘botões’ apertados na tela do computador terão um reflexo em um equipamento real”  (SCHLICHTING, 2017).

Apresentação do prof. Luis Schlichting sobre o processo de implantação do VISIR no IFSC

Observou-se, no entanto, que ainda é preciso quebrar a resistência de parte dos professores, que pensam que o VISIR tem por objetivo substituir as bancadas reais de montagem de circuitos. “É preciso uma mudança cultural para se introduzir novas tecnologias. Estamos em uma instituição de ensino, pesquisa e extensão.  Trabalhamos com tecnologia e inovação. Precisamos estar abertos a novas ideias”.

Durante a visita técnica compreendeu-se que o VISIR permite que centenas de estudantes façam experimentos reais em circuitos elétricos e eletrônicos por meio de apenas 1 bancada remota. E podem fazer isso praticamente ao mesmo tempo no horário que escolherem.

Segundo prof. Luis, o equipamento demora aproximadamente 100 milisegundos para realizar cada montagem completa e mostrar no painel de controle os resultados. Esse poderoso recurso está à disposição das disciplinas introdutórias de Eletricidade e Eletrônica. Também pode ser utilizado nos cursos de Educação a Distância.

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APÊNDICE 4- VISITA TÉCNICA ao RexLAB – CÂMPUS UFSC ARARANGUÁ

No mês de maio de 2018, visitamos o Laboratório de Tecnologias Educacionais do câmpus Araranguá da UFSC.  Conhecemos o projeto RexLAB, criado há mais de 20 anos pelo prof. João Bosco Alves. Atualmente o RexLAB é coordenado pelo prof. Juarez Bento, que explicou que a Experimentação Remota é uma área de pesquisa que visa ampliar a capacidade humana para além de seus limites, utilizando os recursos da Internet e de outros meios tecnológicos capazes de prover acesso remoto, possibilitando o compartilhamento de recursos de um modo geral.

Na Figura tem-se a ilustração de uma bancada remota para comparação de diferentes condutividades térmicas (esquerda) e do Laboratório Remoto VISIR (direita).

Para mais fotos da visita:

O RExLab surgiu em 1997 na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), que conta atualmente com uma rede de 12 Universidades (RexNet) em 5 diferentes países. Um de seus objetivos é atender a necessidade de apropriação social da ciência e da tecnologia, popularizando conhecimentos científicos e tecnológicos, estimulando os jovens a inserirem-se nas carreiras científico-tecnológicas e buscar iniciativas que integrem a educação científica ao processo educacional.

Apresentação do REXLAB

Prof. Juarez ressaltou que a filosofia do laboratório é a de compartilhar conhecimento. Por isso todas as bancadas desenvolvidas podem ser utilizadas e replicadas por outras instituições, sem custos.  Os projetos de cada bancada podem ser disponibilizados para as instituições que se mostrarem interessadas em atuar na área.

“Já tivemos mais de 17 milhões de acessos em nossas bancadas. No Brasil, apenas 8% das escolas têm laboratórios de ciências e a média de computadores por escola é da ordem de 7,1. Então, os laboratórios remotos podem ser utilizados como alternativa de complementação da formação dos estudantes. Mas para isso a formação dos professores é fundamental”.


Segundo prof. Juarez, a falta de capacitação dos docentes é um problema recorrente. E em muitos casos, há professores que não têm interesse de utilizar essas ferramentas educacionais. E há outros que querem utilizar a ferramenta, mas que precisam de uma capacitação inicial.

“O VISIR pode ser utilizado de muitas maneiras. Cada docente deverá desenvolver sua metodologia com o objetivo de explorar ao máximo a ferramenta.  Um estudante pode aprender os conceitos teóricos de eletrônica, por exemplo, em aulas expositivas e depois realizar simulações em um programa de computador, comparando os resultados. Após essa etapa o estudante pode realizar experimentos remotos por meio do VISIR. Finalmente, pode realizar práticas no laboratório real com placas protoboards. As pesquisas realizadas  pelo ISEP-Porto mostraram que os alunos que utilizam o VISIR – antes de utilizarem um laboratório real – montam mais rápido e danificam menos os componentes eletrônicos” (JUAREZ, 2018).

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APÊNDICE 5- ACESSO AOS LABORATÓRIOS REMOTOS VISIR

Conforme relatado anteriormente, atualmente os Laboratórios Remotos VISIR encontram-se instalados em 12 Instituições.

Na Foto tem-se o VISIR – ISEP. O equipamento está localizado fisicamente dentro do Departamento de Engenharia.

A configuração da matriz de contatos é diferente para cada VISIR. Por isso, quando um determinado circuito elétrico ou eletrônico não pode ser implementado em um equipamento, pode sê-lo em outro.

Segundo Lima et al. (2016), uma estratégia para potencializar as funcionalidades do VISIR é a criação de uma federação de laboratórios, que poderia ser acessada a partir de uma única plataforma. A implantação do Projeto VISIR+ no Brasil, Chile e Argentina vai ao encontro desse objetivo.

No Brasil, uma vez instalados os laboratórios remotos na UFSC, no IFSC e na PUC-Rio, tem-se a expectativa de que ocorra a multiplicação desta expertise para outras instituições. Uma ação nesse sentido vem sendo empreendida junto ao Ministério da Educação por meio do CONIF – Conselho Nacional das Instituições da Rede Federal de Educação Profissional, Científica e Tecnológica.

Com o objetivo de ampliar o número de possíveis circuitos elétricos e eletrônicos que podem ser implementados pelos estudantes são disponibilizados a seguir os links de acesso a alguns Laboratórios Remotos VISIR: IFSC – Florianópolis, UFSC – Araranguá, ISEP e PUC – Rio e BTH – Suécia.

VISIR IFSC  FLORIANÓPOLIS:  https://visir.florianopolis.ifsc.edu.br/visir/index.php/pt

VISIR UFSC – ARARANGUÁ:   http://relle.ufsc.br/labs/18

VISIR ISEP –  https://physicslabfarm.isep.ipp.pt

VISIR – PUC RIO: http://openlabs.bth.se/electronics/index.php/en?page=DemoPage#

BTH- Suécia: http://openlabs.bth.se/electronics/index.php/en

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APÊNDICE 6– VÍDEOS SOBRE LABORATÓRIOS REMOTOS:

a) Entrevista sobre ampliação do uso dos laboratórios remotos: Nesse vídeo prof. Gustavo Alves comenta sobre a importância da expansão do VISIR no Brasil e sua contribuição para redução da evasão nos cursos de engenharia.

b) Apresentação de  Gustavo Alves – Lição plenária

c)- Opening Session TEEM’2015

d)- Laboratórios Virtuais e Remotos na Educação – SITED

e)- Apresentação Gustavo Alves

f)- Entrevista – UFSC Araranguá

g)- Entrevista – PUC RIO – Laboratórios remotos no ensino de Engenharia Elétrica

h- Como utilizar o VISIR

i-  Como utilizar o VISIR

j-  Como utilizar o VISIR

k- Tutorial sobre uso do VISIR:

l- Tutorial de uso do VISIR

m- Simuladores CIRCUITLAB

n- Entrevista com prof. Ingvar Gustavsson – um dos criadores do VISIR

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REFERÊNCIAS

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ALVES, G. R., et al. Using VISIR in a large undergraduate course: Preliminary assessment results. Proceedings of the 2nd IEEE Engineering Education Conference (EDUCON’11), pp. 1125-1132. Amman, Jordania, 4-6 April 2011.

ALVES, G.R. Entrevista sobre Laboratórios Remotos. Porto. 2018. Disponível em: https://youtu.be/vqt7uh-6wyQ

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COSTA LOBO, Cristina et al. Diferentes Integrações de Laboratórios Remotos em Cursos de Engenharia. Cadernos de Pedagogia no Ensino Superior. Escola Superior de Educação de Coimbra. 2012.

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PHET. Interactive Simulations da Universidade do Colorado. 2018. Disponível em: <https://phet.colorado.edu/pt/&gt; Acesso em: 14 ago. 2018.

REXLAB. RELLE: Ambiente de Aprendizagem com Experimentos Remotos. 2018. Disponível em: < http://gt-mre.ufsc.br/moodle/&gt;. Acesso em: 14 ago. 2018.

SANTOS, A.C. Integração de Tecnologia na Educação Básica: um Estudo de Caso nas aulas de Biologia utilizando Laboratórios On-Line. Dissertação de Mestrado. UFSC. Araranguá. 2018.

SAVI, Rafael; ULBRICHT, Vania Ribas. Jogos Digitais Educacionais: benefícios e

desafios. Novas Tecnologias na Educação. V.6 n.2. 2008.

SCHLICHTING, L.C.M et al. Remote Laboratory: Application and usability. Technologies Applied to Electronics Teaching (TAEE), Seville, 2016.

SCHLICHTING, L.C.M – Reunião de Trabalho sobre VISIR Florianópolis. 2018.

SILVA, A.C. Desenvolvimento de Hardware e Software Replicáveis para Emular Interação Remota em Bancadas Didáticas. Edital FAPESC. 2017.

SILVA, J.B. A Utilização da Experimentação Remota como suporte para ambientes Colaborativos de Aprendizagem. Tese de Doutorado. UFSC. Florianópolis. 2006.

SILVA, J.B. Reunião de trabalho sobre Laboratórios Remotos RexLAB. Araranguá. 2018.

UFSC. Guia de Aplicação de Apoio ao Experimento Painel Elétrico CC. Disponível em <http://relle.ufsc.br/docs/57911f8d8ff4a.pdf&gt; Acesso em 10 de ago. 2018.

VIEGAS, C. et al. Impact of a remote lab on teaching practices and student learning. Computers & Education. Vol. 126. Elsevier, 2018.

WELLER, Martin. O desenvolvimento de novas disciplinas na educação – o exemplo da Educação Aberta. In Educação e Tecnologia: abordagens críticas. Rio de Janeiro. SESES. 2017.

Alguns trabalhos selecionados:

1- The Role of the Laboratory in Undergraduate Engineering Education

FEISEL, L. D.; ROSA, A. J. The Role of the Laboratory in Undergraduate Enginnering Education. Journal of Engineering Education. The Society, Washington, D.C. 2005.

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 Process and learning outcomes from remotely-operated, simulated, and hands-on student laboratories

CORTER, J. E. et al. Computers & Education. Vol. 57, Issue 3, Elsevier, 2011.

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3- The Impact of the Virtual Lab on the Hands-on Lab Learning Outcomes, a Two Years Empirical Study

ABDULWAHED, Mahmoud and K NAGY, Zoltan. Australasian Association for Engineering Education Conference. Adelaide. 2009.

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4 – Impact of a remote lab on teaching practices and student learning

VIEGAS, C. et al. Computers & Education. Vol. 126. Elsevier, 2018.

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5- Enriched scenarios  for teaching and learning electronics

FERREIRA, Golberi et al. Conference: XI Congreso de Tecnologías, Aprendizage y Enseñanza de la Electrónica (TAEE), At Bilbao, Spain. 2014.

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6- Remote Laboratory: Application and usability

SCHLICHTING, L.C.M et al. Technologies Applied to Electronics Teaching (TAEE), Seville, 2016.

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7- Diferentes Integrações dos Laboratórios Remotos nos Cursos de Engenharia

COSTA LOBO, Cristina et al. Diferentes Integrações de Laboratórios Remotos em Cursos de Engenharia. Cadernos de Pedagogia no Ensino Superior. Escola Superior de Educação de Coimbra. 2012.

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8- Tese de Doutorado – Juarez Bento da Silva (2006):

A UTILIZAÇÃO DA EXPERIMENTAÇÃO REMOTA COMO SUPORTE PARA AMBIENTES COLABORATIVOS DE APRENDIZAGEM.

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9- Experiência de Mobilidade Estudantil – VISIR+

Letícia Coelho – Propicie (2016).

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10- A utilização do VISIR como um recurso educativo: uma revisão da literatura

LIMA, Natercia et al. A utilização do VISIR como um recurso educativo: uma revisão de literatura. TICAI 2016 TICs para el Aprendizaje de la Ingeniería, ISBN 978-84-8158-732 -6, ©IEEE, Sociedad de Educación: Capítulos Español y Portugués. TICAI 2016. 105-114.

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11- Personalized Student Assessment based on Learning Analytics and Recommender Systems 

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12- Modelo de repositório de Práticas Didáticas

Apresentação COBENGE 2017

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13-Utilização do Laboratório Remoto VISIR como Recurso Educacional em um Curso de Engenharia Mecatrônica

Apresentação COBENGE 2017 B

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14- ADQUISICIÓN DE COMPETENCIAS EXPERIMENTALES EN INGENIERÍA CONTRIBUCIÓN DE LOS LABORATORIOS REMOTOS – Apresentação de Gustavo Alves (2017).

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15- Ponderação e sequência de utilização de diferentes ambientes laboratoriais no processo ensino-aprendizagem

Ponderacao do uso de ambientes laboratoriais no processo ensino aprendizagem

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16- Apresentação COBENGE 2106 – Laboratórios remotos:  Um  Experimento Internacional de Educação em Engenharia

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17-PREPARING HIGH-SCHOOL STUDENTS FOR A DEGREE IN ENGINEERING: A CASE STUDY USING VISIR REMOTE LAB

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18- DESIGN AND IMPLEMENTATION OF REMOTELY CONTROLLED LABORATORY EXPERIMENTS

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http://www2.isep.ipp.pt/visir/index.php?page=eu-docs  

http://recipp.ipp.pt/browse?type=author&value=Costa-Lobo%2C+Cristina

http://docplayer.com.br/18041051-Isep-instituto-superior-de-engenharia.html

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