Robótica educacional: uma perspectiva para o ensino de gráficos em cinemática

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma proposta e análise de uma sequência didática para a discussão de gráficos do Movimento Retilíneo Uniforme no ensino médio através do uso de uma plataforma de robótica educacional de baixo custo e open source (Software de código aberto). As atividades propostas foram elaboradas com base nas principais dificuldades de aprendizagem da cinemática com relação à análise gráfica descritas na literatura. A sequência didática foi aplicada em duas escolas, uma particular e outra pública, ambas com ensino médio. Na identificação das principais dificuldades e a evolução conceitual dos estudantes antes e após a aplicação da sequência foram utilizadas seis questões do Teste de Entendimento de Gráficos em Cinemática (TUGK) elaborado por Beichner (1994) que avaliam a compreensão de diversos aspectos do MRU. Para a análise das respostas foram utilizados métodos quantitativos e qualitativos. Para a análise quantitativa das respostas do pré e do pós-teste foram utilizados os testes não-paramétricos de Mann-Whitney e dos postos assinalados de Wilcoxon. Também foi determinado o ganho médio (g) (HAKE, 1998) para cada grupo e por aluno. Para análise qualitativa foram consideradas as justificativas das respostas dos pré e pós-teste dos alunos do primeiro ano do ensino médio da escola pública, que não tinham discutido antes o conteúdo de cinemática e as atividades foram realizadas durante as aulas regulares da disciplina de física. A análise das respostas apontou um crescimento na mediana do número de acertos em ambas as escolas. O p-valor obtido através do teste de Wilcoxon apontou uma diferença estatística nos resultados, sendo o valor de p da escola A (p = 0,0077) e da escola B (p = 0,0065). Isso pode indicar que a robótica educacional contribuiu para aprendizagem dos alunos. Os resultados em linhas gerais apontaram um aumento de acertos e uma relativa redução na confusão entre o comportamento da posição e da velocidade e a redução na confusão entre inclinação e altura.

Abstract: The present work aims to propose a didactic sequence for the discussion of the graphic analysis of the Uniform Rectilinear Movement in high school using a low cost and open-source educational robotics platform. The proposed activities were elaborated based on the main learning difficulties of kinematics in relation to the graphic analysis described in the literature. The didactic sequence was applied in two schools, one private and one public, both with secondary education. To identify the main difficulties and the evolution of the students after the application of the sequence, six questions of the Test of the Understanding of Kinematic Graphics (TUGK) elaborated by BEICHNER (1994), which evaluate the understanding of several aspects of the uniform movement, were used. Quantitative and qualitative methods were used to analyze the responses. For the quantitative analysis of the responses of the activities, we used two non-parametric statistical tests: Mann-Whitney, which sought to evaluate whether the two independent groups were extracted from the same population and the Wilcoxon Assigned Test Station that sought to evaluate the difference between responses of the pre and the post-test. We also calculated the mean gain (g), defined by HAKE (1998), for each group and per student. For qualitative analysis, we considered the pre and post-test responses of the first year of Public high school students who had not previously discussed the content of kinematics. The analysis of pre and post-test responses pointed to a growth in the median number of correct answers in both schools. The p-value obtained through the Wilcoxon test indicated a statistical difference in the results. This may indicate that educational robotics contributed to student learning.