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Defesa - Mestrado
Proposta Para Uma Abordagem De Ambiente
Remoto Para Estudo de Superposição de Cores
Projeto de José Neres de Almeida Jr.
Orientador: Prof. Dr. Hermes Renato Hildebrand
TIDD – PUC-SP –
Mestrado – Programa de Pós-Graduação TIDD
São Paulo, 2014-2016
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 2
Sumário
Resumo Geral .........................................................................................................................4
Esquema Geral do Projeto ..................................................................................................5
CAPÍTULO I – Contextualização e Fundamentação.................................................. 14
1 Tema: Laboratório Remoto e o Ensino de Física Moderna.............................. 14
2 Problema: Dificuldades práticas - das simulações no ensino de física ao
laboratório remoto.............................................................................................................. 14
3 Estado da Arte.............................................................................................................. 17
4 Justificativa................................................................................................................... 40
5 Objetivos da Pesquisa ............................................................................................... 42
5.1 Objetivos Específicos ......................................................................................... 43
6 Hipótese: Estratégias para adequação de laboratório remoto como
instrumento de utilização complementar a aulas presenciais ............................... 43
7 Fundamentação Teórica............................................................................................ 48
7.1 Introdução.............................................................................................................. 48
7.2 WebLab................................................................................................................... 49
7.2.1 Arduino No WebLab ............................................................................................ 51
7.2.2 O Que o Webduino traz de novo.......................................................................... 52
7.3 Procedimentos...................................................................................................... 53
7.3.1 Introdução ........................................................................................................... 54
7.3.2 Descrição do WebLab-Deusto ............................................................................. 54
7.3.3 Coleta de Dados .................................................................................................. 61
7.3.4 Segurança ........................................................................................................... 62
CAPÍTULO II - Desenvolvimento ..................................................................................... 63
8 Metodologia................................................................................................................... 63
9 Protótipo - Procedimentos e Desenvolvimento .................................................. 74
9.1 Introdução.............................................................................................................. 74
9.2 Contexto da Espectrofotometria no Ensino de Física Moderna ............. 76
10 Experimento de Espectrofotômetro Remoto Automatizado........................ 78
10.1 Espectrofotômetros e seu Princípio de Funcionamento....................... 79
10.2 Procedimentos de Construção..................................................................... 84
10.2.1 Ajuste Ótico: Montagem do Trilho Emborrachado .............................................. 85
10.2.2 Montagem dos Circuitos (Sensor Detector de Cor TCS34725, Motor de Passo).. 86
10.2.2.1. Motor de passo e controle no sentido de rotação.............................................. 86
10.2.2.2. Sensores: .....................................................................................................101
10.2.2.2.1. Módulo Sensor Detector de Cores (TCS34725).......................................101
10.2.2.2.2. Sensor Infra-Vermelho............................................................................102
10.2.3. Procedimentos de medição do comprimento de onda:......................................115
10.2.3.1. Espectro projetado por difração......................................................................115
10.3. Experimento Remoto.....................................................................................117
10.3.1. Coleta dos Dados de Intensidade Luminosa e Comprimento de Onda: .............118
10.3.1.1. Saída Serial para a Internet ...........................................................................118
10.3.1.2. Interface de Controle Remoto ........................................................................119
10.3.1.2.1. Descrição da Interface............................................................................119
10.3.1.3. Visualização do experimento pela WebCam ...................................................120
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 3
10.4. Ambiente Virtual de Aprendizagem...........................................................122
10.4.1. Conceitos, Teoria e Aplicabilidade .....................................................................122
10.4.1.1. O Moodle......................................................................................................126
10.4.2. Ambientes Virtuais e Ensino de Física ...............................................................129
11. Resultados...............................................................................................................132
11.1. Realização Do Experimento Remotamente .............................................135
11.2. Página do Experimento: montagem, visual e controle ........................136
11.2.1. Página “Sobre o Experimento”...........................................................................137
11.2.2. Página “Resultados” ..........................................................................................137
11.2.3. Página Tabelas...................................................................................................138
11.2.4. Páginas “Teoria” e “Referências” ......................................................................139
11.2.5. Pagina “Simuladores” ........................................................................................140
11.2.6. Página do Blog do Experimento.........................................................................141
11.2.7. Página Faça você mesmo...................................................................................141
11.2.8. Configurações Finais .........................................................................................142
CAPÍTULO III – Análises, Conclusões Parciais e Próximas Etapas ...................144
12. Análises Possíveis e Testes Futuros ...............................................................144
12.1. Usabilidade Do Ambiente Virtual De Aprendizagem ............................144
12.1.1. Análise do Tempo de Latência ...........................................................................144
12.1.2. Interação Aluno-Interface ...................................................................................145
13. Conclusões e Próximas Etapas.........................................................................150
13.1. Considerações Finais....................................................................................150
13.2. Considerações dos Resultados Parciais .................................................151
13.3. Próximas Etapas.............................................................................................152
Referências Bibliográficas .............................................................................................153
ANEXO.................................................................................................................................157
ANEXO 1..........................................................................................................................157
Interface de Controle Remoto: Programação para a Interface de Controle Remoto ..........157
ANEXO 2..........................................................................................................................166
ANEXO 3..........................................................................................................................168
Programação no Arduino ..................................................................................................168
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 4
Uma Proposta de Desenvolvimento de um Protótipo de Laboratório Remoto
aplicado ao Ensino de Física Moderna
Mestrando: José Neres de Almeida Junior – RA00005091
Orientador: Hermes Renato Hildebrand
Resumo Geral
Este trabalho visa apresentar o projeto educacional Webduino e suas características, dentro
do contexto do uso de um Laboratório Remoto aplicado ao ensino de Física, ou seja, um
laboratório de sensoriamento remoto que se desenvolve na PUC/SP, focado, portanto, no
ensino de conteúdos de Física. Para tanto, este estudo, e a implementação do experimento,
foram realizados com uma abordagem de construção de protótipo, com base na ideia da
metodologia de desenvolvimento, ressaltada por Van den Ayken, visando uma implementação
inicial e verificação, com testes de funcionalidade e adequação a possíveis necessidades de
usuários, para utilização em projeto futuro do Laboratório Remoto e verificação de possíveis
melhorias na aprendizagem de alunos, complementando o ensino ministrado por professores,
em escolas. Além disso a metodologia por trás do ambiente em que o laboratório remoto se
encontra se caracteriza por uma metodologia baseada em investigação (Dikke et al, 2015);
(de Jong et al, 2013); (Zacharia et al, 2015), com os conteúdos do ambiente remoto se
orientando para uma ideia que guie o usuário para a compreensão do tema, via método
científico (conceitualização, teoria, hipótese, experimento, conclusão). Sendo assim,
inicialmente foram realizadas pesquisas de levantamento do estado da arte e foi realizado o
levantamento da fundamentação teórica do tema proposto, e frente as necessidades atuais,
procedeu-se à montagem do protótipo do experimento, bem como a adaptação da estrutura
de arquitetura de rede criada para a adequação do laboratório com acesso remoto, dentro de
um ambiente que seja condizente com as necessidades do experimento e metodologia
utilizada, visando uma aprendizagem significativa do usuário, com relação a tópicos de Física,
principalmente no que se refere ao estudo das cores, para este experimento, bem como à
possíveis necessidade pedagógicas dos profissionais da área, esta última ainda em
remodelação. Ainda, no ambiente elaborado, o laboratório remoto pretende desenvolver
recursos didáticos que permitam utilizar a placa Arduino aplicada ao Ensino de Ciências, em
particular no Ensino de Física, em nível Médio e Superior (seja em Licenciaturas, seja em
Educação Continuada de Professores). A plataforma de desenvolvimento selecionada para
gerenciar os experimentos é o WebLab-Deusto, por sua inteligibilidade, funcionalidade e
segurança. Devido às questões estruturais de um Laboratório Remoto, e como apontado na
literatura pesquisada (Lima et. al., 2013), (Silva, 2007), (Neto, 2012), também é necessário
que a plataforma de desenvolvimento e acionamento do experimento esteja inserida no
ambiente remoto do experimento, conforme parâmetros que possibilitem ao usuário a
aprendizagem dos conceitos físicos trabalhados e das experiências que ele venha a controlar
e coletar os dados para posterior análise. Para tanto, foi reelaborado e readaptado, além do
experimento que especifica o laboratório remoto, o ambiente para contemplar as
necessidades pedagógicas e educacionais para o ensino e a aprendizagem dos conceitos
físicos da experiência que o usuário realiza.
PALAVRAS-CHAVE: Arduino, Weblab-Deusto, Laboratório Remoto, Ensino de
Física, Ambiente Virtual de Aprendizagem, Física Moderna.
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 5
Esquema Geral do Projeto
Frente às necessidades enfrentadas pelas escolas e por alunos em serem
apresentados a conteúdos de Física, de uma forma que possibilite ser atraente ao
mesmo tempo em que seja significativa para a aprendizagem de quem a estuda, este
projeto visa o uso de experimentação remota de conteúdos de Física Moderna,
através de uma interface de controle remoto associado a um experimento físico real,
de modo que o usuário possa investigar os fenômenos decorrentes do experimento
real. Com a possibilidade de a interface do experimento estar inserida dentro de um
contexto de ambiente virtual e aprendizagem, acrescenta-se ao experimento a ênfase
de seu uso voltado ao aspecto educacional, com enfoque em simulações, textos,
imagens e outros conteúdos, mais informais, que possibilitem o enfoque da
aprendizagem destes conteúdos da Física Moderna, não somente através do
experimento remoto.
Para que isso aconteça, este projeto está dividido em Três partes, a citar: Capítulo
1: Contextualização e Fundamentação, o qual trata do contexto da questão dos
conteúdos de Física, bem como do uso de laboratórios (reais, virtuais e remotos) na
educação, além da justificativa e objetivos deste projeto. Além destes tópicos, neste
capítulo são tratadas as metodologias utilizadas para a confecção do argumento
teórico e prático da experimentação remota. No Capítulo 2: Desenvolvimento, tratam-
se os desenvolvimentos instrumentais e teóricos para a realização da montagem do
protótipo bem como resultados coletados até o momento, além da ideia de confecção
e as etapas para a realização do ambiente virtual de aprendizagem, mais voltado a
uma aprendizagem informal dos conceitos de Física Moderna, além do experimento
de espectrofotometria em si; finalmente, o Capítulo 3: Análises e Conclusões trata das
discussões teóricas e práticas, desde a idealização de um espectrômetro, passando
por questões do contexto da Física Moderna e a Educação até o que é necessário
para a montagem, culminando nas análises dos resultados e o que podem servir ao
propósito de apoiar o ensino de Física aliado a instrumentalização e visualização
remota, dentro dos quais se insere em um contexto interativo, o ambiente de
aprendizagem.
Para cada um destes capítulos foram subdivididas seções que especificam cada
um dos tópicos necessários para uma boa compreensão do contexto, dos objetivos,
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 6
da justificativa e da metodologia, além dos procedimentos utilizados na confecção
tanto do trabalho experimental, quanto da parte teórica e conceitual envolvidas na
montagem deste protótipo de experimentação remota em Física Moderna. A seguir
um breve resumo de cada um dos itens relacionados aos respectivos capítulos:
Resumo Geral
Trata do resumo geral do projeto, as justificativas que levam o autor a realizar este projeto,
as hipóteses do mesmo, seus objetivos, descrição de algumas das metodologias,
resultados parciais e o que se conclui até o momento.
CAPÍTULO I - Contextualização e Fundamentação
1. Tema: Laboratório Remoto e o Ensino de Física Moderna
Aqui se descreve o tema do projeto, a montagem de um protótipo e das arquiteturas
necessárias para o desenvolvimento de um laboratório remoto comocomplementação,para
aulas presenciais, e auxílio à abordagem de tópicos de Física Moderna, seja experimental,
seja teórica. Trata-se, para tanto, das questões teóricas e do contexto do desenvolvimento
de laboratórios remotos, bem como do ambiente de aprendizagem no qual será inserido o
laboratório, e possíveis testes futuros, para validação em aplicações ligadas ao ensino de
Física.
2. Problema: As dificuldades práticas: das simulações no ensino de física ao
laboratório remoto.
Frente ao tema proposto, neste item são discutidas as problemáticas do ensino de
Física, seucontexto em ambiente nacional, os problemas relacionados a falta de significado
de determinados assuntos para a vivência do aluno, e como solução a esta questão
discorre-se das possibilidades atualmente utilizadas, começando pela
simulação/simuladores aplicados ao ensino de Física, tanto para as vantagens quanto
desvantagens, passando pelos laboratórios aplicados como possibilidade de tratamento de
assuntos mais práticos ao ensino de Física, discorrendo-se da forma como são utilizados,
incorrendo-se nos mesmos problemas de aulas tradicionais. Frente a isso, argumenta-se
da possibilidade de laboratórios remotos comocomplementaçãoàs aulas práticas, de modo
a torna-las mais significativas e interessantes. Levanta-se, porém, o fato de não se utilizar
estes laboratórios remotos da mesma forma como vem sendo ministradas as aulas, a fim
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 7
de nãos e voltar ao mesmo problema. Com isso torna-se interessante a utilização de
ambientes virtuais de aprendizagem, nos quais serão inseridos os laboratórios remotos, de
modo a tornar a aprendizagem dos conteúdos de Física Moderna mais informais e
interessantes ao usuário que vier a utilizá-lo.
3. Estado da Arte
A partir das problemáticas levantadas demonstra-se neste item o estado da arte
relacionado ao uso de laboratórios remotos no ensino de Física, ou seja, o que vem sendo
feito hoje em dia e de que forma os laboratórios são utilizados.
Além disso, apontam-se que, pelos relatos de pesquisa, como o acesso remoto a
experimentos reais pode incrementar o processo de ensino e aprendizagem de Física e de
que forma isso pode ser feito. Evidencia-se que a Experimentação Remota associada ao
ensino de ciências, no Brasil e no mundo, ainda é um campomuito novo e pouco explorado,
de modo que as consequentes e eventuais limitações na utilização desta ferramenta de
ensino devem ser estudadas de forma aprofundada, ou seja, deve-se estabelecer uma
metodologia adequada, a fim de se suprir as necessidades de uma aula prática.
Assim, uma solução passível de se considerar é a de que os laboratórios online,
reais ou virtuais, necessitam de um ambiente de aprendizagem completo, que ofereça ao
aluno apoio para a realização das experiências, a fim de se atribuir uma aprendizagem
significativa ao qual o usuário consiga interagir e visualizar, coletando dados e analisando-
os, assimilando assim a teoria acerca do experimento. Para tanto, argumenta-se que o
ambiente de aprendizagem deve conter material de apoio, (hipertextos contendo
fundamentação teórica, conceitos, metodologia de relatório (exemplos), com a
experimentação remota se embasando em uma metodologia própria, devidamente
elaborada, da mesma forma que uma aula prática presencial também necessita de uma
metodologia específica baseada em teorias de ensino-aprendizagem, para que afinal, nãos
e volte aos mesmo problemas atualmente enfrentados, de modo a tornar ao usuário uma
experiência de aprendizagem que seja rica para sua vivência e com significado, de modo
que este usuário assimile os conceitos, adequando-os à sua experiência.
Neste item, finalmente, através dos relatos dos autores lidos, sugere-se que os
Laboratórios de Experimentação Remota surgem como algo novo e promissor, com
tendência de se tornarem instrumentos de experimentação muito eficientes, precisando,
porém de uma quantidade maior de pesquisas sistemáticas sobre suas reais
potencialidades, particularmente, na aprendizagem significativa em Física. Para que se
possa utilizar as experiências remotas não somente como curiosidade pelo acesso, mas
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 8
como um instrumento, um recurso eficiente para tornar a aprendizagem de conceitos de
Física Moderna mais reais aos usuários, e não algo desinteressante e sem significado.
4. Justificativa
No item de justificativa, como complementação aos itens de contextualização
(problemática) e de estado da arte, formaliza-se o argumento das vantagens associadas ao
uso da experimentação remota dentro de um ambiente virtual e aprendizagem bem
estruturado e que vise a uma aprendizagem significativa, desassociando a visão de
disciplina sem significado e difícil. Coloca-seaqui a possibilidade de uso da experimentação
remota dentro do ambiente de aprendizagem, tanto para o usuário aluno quanto para
professores, além de futuras iniciativas associando a experimentação remota com cursos
de engenharia, como em conteúdos associados a automação e eletrônica, e não somente
no curso de Física, com a Física Moderna em si, já que nos cursos de engenharia a Física
Moderna serve de referência teórica.
5. Objetivos da Pesquisa e Objetivos Específicos
Em resumo, são descritos os objetivos do projeto que tangenciam os procedimentos
realizados, no sentido de dar uma finalidade e propósito ao argumento de se construir um
experimento que possa ser acionado remotamente.
6. Hipótese:
Aqui são apresentadas as hipóteses para se considerar o desenvolvimento deste
projeto, principalmente no que se refere às estratégias para adequação de laboratório
remoto como instrumento de utilização complementar a aulas presenciais, apresentando o
posicionamento de autores que trabalharam no assunto e os resultados que chegaram
permitindo a análise da situação atual e possibilidades do que se pode fazer, resultando na
adequação dos laboratórios remotos comorecurso a aprendizagem de conteúdos de Física
Moderna sob um aspecto mais significativo e atraente ao usuário.
7. Fundamentação Teórica
Subdividido nos itens Introdução, WebLab (o qual se divide em “Arduino No
WebLab” e em “O Que o Webduino traz de novo”) e Procedimentos (dividido em
“Introdução”, “Descrição do WebLab-Deusto”, “Coleta de Dados” e em “Segurança”), este
tópico abrange a teoria que cerca a arquitetura cliente-servidor por trás da platarforma de
interação e acesso remoto, baseada na interface existente da Universidade de Deusto;
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 9
fundamenta também o porquê de se usar a plataforma de hardware Arduino associadocom
um WebLab, para uso educacional, a fim de se disponibilizar conteúdos científicos, bem
como poder acionar os experimentos que contém estes conceitos. Descreve-se aqui os
procedimentos para a montagem da arquitetura de software, a ideia de criação da
plataforma de acesso remoto junto com o Arduino, a contextualização de se usar novas
ferramentas tecnológicas em associação com os conteúdos educacionais e científicos, a
fim se possibilitar a formação e informação do usuário, para atrair que usar para a
descoberta de novos conhecimentos científicos; são detalhadas também as facilidades de
acesso e possibilidades de interação do usuário com a interface, além de se estar em um
ambiente seguro e com coleta de dados em tempo real.
CAPÍTULO II – Desenvolvimento
8. Metodologia
No item de metodologia descrevemos as etapas, desde a contextualização e
fundamentação teórica (tanto em questão do que é e para que se é utilizado um laboratório
remoto, passando por aplicações), até a questão da descrição da montagem do protótipo,
(desde a conceituação e definição de componentes e posições,até discussões de prováveis
usos futuros do projeto). São descritas neste item as fundamentações metodológicas da
pesquisa, no sentido de se utilizar de uma abordagem de pesquisa de desenvolvimento (ou
metodologia de desenvolvimento) concomitante a construção de um protótipo, para
posterior uso em aplicações educacionais, com vistas a possibilidade de implementação
em escolas de ensino médio, com os testes a serem realizados em posterior projeto.
Neste tópicos são elencadas as etapas do projeto, desde as pesquisas de
levantamento do estado da arte, levantamento da fundamentação teórica do tema proposto,
e frente às necessidades atuais, procedendo-se à montagem do protótipo do experimento,
e estruturação da arquitetura de rede necessária para a adequação do laboratório com
acesso remoto, dentro de um ambiente de aprendizagem que seja condizente com as
necessidades educacionais do usuário, com relação a tópicos de Física Moderna, bem
comoà possíveis necessidadepedagógicas dos profissionais da área. No casodo ambiente
virtual, este está em etapa de conceituação e estruturação.
E a fim de se referenciar a metodologia implementada são descritos autores que
relatam sobre as vantagens de uso do laboratório remoto (Nedic, 2003), analisando-se os
usos que se tem atualmente através de revisão do estado da arte atual (Cardoso e
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
10
Takahashi, 2011), e que, com base nas conclusões coletadas pelos autores, abre-se um
campo de possibilidades e de experimentações, as quais devem ser melhor trabalhadas,
visando as potencialidades que advém de uma maior sistematização.
Frente a este quadro, em termos metodológicos, verificou-se, para esta etapa do
projeto, antes da implementação do protótipo e verificação em ambiente educacional, a
linha que melhor se enquadra é a de um modelo metodológico misto muito divulgado no
domínio da Tecnologia Educativa e que, na literatura, se designa por metodologia de
desenvolvimento (VAN DENAKKEN, 1999), a qual, utiliza, para a coleta e análise de dados,
instrumentos e técnicas tanto das abordagens quantitativas quanto qualitativas. Ainda,
Coutinho e Chaves (2001) sintetizam que as características básicas deste modelo
metodológico deve prezar que o fim último da pesquisa não é testar a teoria mas resolver
problemas práticos dos professores, ou de usuários; remete que a busca de uma solução
para o problema passa pela concepção de uma solução “protótipo” que deve ser
fundamentada desde um ponto de vista teórico e prático (ouvidos os profissionais no
terreno) e articulada com objetivos de aprendizagem; e com base nesta solução protótipo,
deve-se testar, avaliar e refinar o processo, num processo interativo, da solução protótipo
concebida, o que implica colaboração permanente entre investigadores, professores,
tecnólogos, usuários.
Tendo a metodologia a ser empregada, com relação a elaboração, desenvolvimento
e avaliação de um protótipo, o passo seguinte foi a escolha do laboratório remoto a utilizar
como referência, base para o desenvolvimento do próprio laboratório remoto, inserido em
um ambiente virtual de aprendizagem. Diante disso, estamos desenvolvendo nosso próprio
laboratório remoto de Física, com foco no ensino de Física, ambientado na Pontifícia
Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP), com base na investigação dos recursos e
vantagens do laboratório remoto da Universidade Federal de Santa Catarina – Campus
Araranguape, o RexLab (SILVA, 2006), além da interface de uso do WebLabDeusto
(UNIVERSIDADE DE DEUSTO, 2015), para a criação do ambiente virtual.
Com base nestes laboratórios, procuramos mesclar características e introduzir
outras, principalmente no que se refere ao aspecto pedagógico e conceitual de tópicos de
Física Moderna, desde a concepção teórica dos experimentos até questões de aplicações
tecnológicas relacionadas ao tema trabalhado no experimento remoto, que podem
favorecer uma melhor aprendizagem.
9. Protótipo - Procedimentos e Desenvolvimento
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
11
Aqui se descrevem os procedimentos da montagem do protótipo do experimento
real, bem como os procedimentos do experimento remoto (para acesso e controle pela
interface colocada dentro do ambiente virtual de aprendizagem, o qual tem seus
procedimentos ainda em fase de montagem). São subdivididos em três frentes: uma
introdução, considerando como início a metodologia de desenvolvimento descrita
anteriormente e com base nas etapas de desenvolvimento, é feita uma breve descriçãodas
etapas do nosso desenvolvimento dos procedimentos do protótipo (da estrutura física e da
virtual), a segunda parte, mais referencial teórica, para as considerações de um
experimento de espectrometria, contidos nos itens “Contexto da Espectrofotometria no
Ensino de Física Moderna”, em que se conceitua a importância da Física Moderna,
problemas enfrentados no ensino da mesma, e como proposta o uso de laboratórios com
recursos, e em particular o laboratório remoto, dentro de uma proposta de ambiente de
aprendizagem. Frente às características do laboratório remoto, e suas vantagens, segue-
se ao subitem “Experimento de Espectrofotômetro Remoto Automatizado” e
“Espectrofotômetros e seu Princípio de Funcionamento”, nos quais são desenvolvidos a
ideia de se aplicar o experimento remoto com o experimento de
espectrofotometria/espectrometria.Seguindo, a terceira frente é a parte mais prática, dentro
da qual são descritos os procedimentos, programações e metodologias de montagem tanto
do experimento real, quanto das interfaces de controle remoto e de adequação ao ambiente
virtual. Estas considerações estão separadas nos seguintes itens: (acesso remoto do
experimento) “Interfaces”, “Visualização do Experimento” e “Interface de Controle Remoto
para acionamento da lâmpada de LED”; (descrições do ambiente virtual) “Construção do
Ambiente Virtual de Aprendizagem”; (testes de funcionamento) “Teste de Funcionamento
da Programação do Arduino”, “Teste de Funcionamento da Programação de Acionamento
da Lâmpada de LED” e “Teste de Acionamento do Experimento e Coleta de Dados”.
10. Experimento de Espectrofotômetro Remoto Automatizado
Este capítulo descreve as etapas de construção tanto do experimento físico, até as
coletas dos dados (seja da composição de cores, seja dos dados de irradiância por
comprimento de onda), quanto do experimento remoto (desde as etapas conceituais do
ambiente virtual, quanto da montagem das páginas de acesso remoto – e a descrição
de como se dá o acesso remoto - e propriamente do ambiente virtual). Este capítulo é
dividido em tais partes:
10.1 Espectrofotômetros e seu Princípio de Funcionamento
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
12
10.2 Procedimentos de Construção: foram subdivididos em 10.2.1 Ajuste Ótico:
Montagem do Trilho Emborrachado, 10.2.2 Montagem dos Circuitos (Sensor Detector
de Cor TCS34725, Motor de Passo), subdividido em 10.2.2.1 Motor de passo e controle
no sentido de rotação; 10.2.2.2. Sensores (subdivididos em 10.2.2.2.1. Módulo Sensor
Detector de Cores (TCS34725), 10.2.2.2.2. Sensor Infra-Vermelho), 10.2.3
Procedimentos de medição do comprimento de onda (subdivivido em 10.2.3.1. Espectro
projetado por difração); .
10.3. Experimento Remoto, dividido em 10.3.1. Coleta dos Dados de
Intensidade Luminosa e Comprimento de Onda, (subdividido em 10.3.1.1. Saída
Serial para a Internet, 10.3.1.2. Interface de Controle Remoto, (sendo 10.3.1.2.1.
Descrição da Interface) e 10.3.1.3. Visualização do experimento pela WebCam);
10.4. Ambiente Virtual de Aprendizagem (dividido em 10.4.1. Conceitos, Teoria e
Aplicabilidade, 10.4.1.1. O Moodle e 10.4.2. Ambientes Virtuais e Ensino de Física)
11. Resultados
Comoos resultados estão sendo coletos,e estamos em fase de testes da montagem
para adequação ao ambiente virtual, o qual, por sua vez, também está sendo readequado
às necessidades pedagógicas (possíveis) futuras, neste item, provisoriamente,
disponibilizamos as imagens das páginas do experimento, no que se refere ao aspecto
visual, descrição das montagens e da interface de controle para acesso ao experimento,
com visualização do mesmo. Além de comentar brevemente sobre a necessidade de cada
página, sua função no experimento e comentar também sobre a necessidade da descrição
do experimento e de objetos educacionais que venham a possibilitar uma melhoria na
aprendizagem, de forma a torna-la mais significativa e que o usuário possa por si descobrir
novos conceitos, experiências e aplicações. Esta subdividido nas seguintes partes: 11.1.
Realização do Experimento e 11.2. Página do Experimento: montagem, visual e
controle. Este item (11.2.), por sua vez, se subdivide nos itens a respeito da montagem
das páginas, ou seja, em: 11.2.1. Página “Sobre o Experimento”, 11.2.2. Página
“Resultados”, 11.2.3. Página Tabelas, 11.2.4. Páginas “Teoria” e “Referências”,
11.2.5. Pagina “Simuladores”, 11.2.6. Página do Blog do Experimento, 11.2.7. Página
Faça você mesmo, 11.2.8. Configurações Finais.
CAPÍTULO III – Conclusões Parciais e Próximas Etapas
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
13
12. Análises Possíveis e Testes futuros
Este item trata a respeito das análises possíveis a serem realizadas a partir dos
resultados que esperamos realizar. Obviamente, dependendo dos resultados a serem
encontrados podem surgir novas análises. Contudo, mesmo com resultados inesperados
este item é importante pois fundamenta a análise a ser realizada e os testes que devemos
implementar para verificação da usabilidade do sistema e de como se dá a interação do
aluno com a interface, bem como quais problemas podem eventualmente surgirem e de
que forma poderemos contornar. Este item se divide em mais um tópico, 12.1. Usabilidade
Do Ambiente Virtual De Aprendizagem, que, como o próprio título explica, trata de como se
dá a usabilidade do sistema e de que forma poderemos investiga-la e testá-la. Este tópico,
por sua vez, se subdivide em outros dois (12.1.1. Análise do Tempo de Latência e 12.1.2.
Interação Aluno-Interface) que tratam dos testes a serem realizados, com base em tarefas
a serem implementadas, com base no que foi discutido na literatura a respeito, como se
encontra em (TAKAHASHI, 2014).
13. Conclusões e Próximas Etapas
Neste item são levantadas considerações finais, parciais, do projeto até esse
momento, o que fizemos e o que pretendemos fazer, bem como no que ele pode vir a
auxiliar, tanto por sua característica quando pelo aspecto inovador e dinâmico. São
consideradas e retomadas as ideias iniciais a partir das quais são descritos os
procedimentos das etapas desenvolvidas até o momento e o que se obteve a partir delas,
pela qual são descritas as próximas etapas, resumidamente, as etapas de construção e
ambiente virtual e aprendizagem e melhoria da interface de controle e visualização do
experimento. Este item é subdividido em 13.1. Considerações Finais, 13.2 Considerações
dos Resultados Parciais e 13.3. Próximas Etapas.
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
14
CAPÍTULO I – Contextualização e Fundamentação
1 Tema: Laboratório Remoto e o Ensino de Física Moderna
O tema do trabalho em questão é a montagem de um protótipo e adequação
da estrutura das arquiteturas necessárias para o desenvolvimento de um laboratório
remoto como complementação, para aulas presenciais, e auxílio à abordagem de
tópicos de Física, mais precisamente para o estudo de cores, seja experimental, seja
teórica. Para tratar a questão, é necessário se compreender primeiramente o que é
um laboratório remoto, também denominado WebLab. O objetivo de um laboratório
remoto é possibilitar a realização e controle em tempo real de experimentos, usando
como meio a internet. Esse ambiente, já readequado, tanto pratica, quanto
teoricamente, deverá ser testado em suas funções e futuramente validado em
aplicações ligadas ao ensino de Física.
2 Problema: Dificuldades práticas - das simulações no ensino de
física ao laboratório remoto.
Os resultados da aprendizagem do aluno (CLOUGH, 2002) podem ser
impactadas pelas práticas experimentais, e pela forma como ela é conduzida em sala
de aula; isto é, as práticas experimentais em sala de aula somente terá um impacto
maior, desde que não se recaia nos problemas das aulas expositivas tradicionais, com
giz e lousa, que pouco estimula a criatividade e o envolvimento dos aprendizes
(SIEVERS, 2012). Dentro desta perspectiva, os laboratórios são utilizados para
fornecer uma prova de que os princípios teóricos podem ser demonstrados na prática.
Quando usado adequadamente, eles podem entusiasmar motivar e inspirar
estudantes.
Para tanto, um laboratório de ensino requer compromissos de tempo, de
espaço e de financiamento para aquisição, instalação e manutenção de equipamentos
e, em seguida acomodações para os alunos. Por outro lado, uma das questões de uso
do laboratório de ensino é o espaço físico, o qual é determinante para realização de
cortes para limitação do número de vagas nas escolas. Sendo assim, é possível
propor uma solução ao problema através da utilização de tecnologia para aumentar
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
15
os recursos didáticos. Mas como aplicar o uso da tecnologia como forma de
investigação dos conceitos trabalhados em um laboratório de ensino, presencial?
Uma possibilidade seria o uso de simulações, já que permitem a interação com
modelos que representam o comportamento de processos e experimentos nem
sempre visíveis a olho nu, dependendo do modelo teórico utilizado, além de ser
possível a alteração de parâmetros na simulação, permitindo a comparação do
comportamento representado em relação ao comportamento do fenômeno no mundo
real. Em relação a função da simulação, para Studart (2010),
A principal função da simulação consiste em ser uma efetiva ferramenta de
aprendizagem, fortalecendo bons currículos e os esforços de bons
professores. A finalidade de uso pedagógico da simulação pode ajudar a
introduzir um novo tópico, construir conceitos ou competências, reforçar
ideias ou fornecer reflexão e revisão final (STUDART, 2010, p.29).
Em contrapartida, caso não se reflita na adequação da simulação ao
experimento real, pode-se induzir o aluno a pensar que a simulação represente a
realidade, o que se configura como um erro de conceito, já que a simulação, por mais
atraente que seja, é uma representação de um modelo matemático, o qual por sua
vez, descreve um modelo físico, ou seja, uma interpretação da realidade.
É preciso ter-se em mente que o ponto de partida de toda simulação é a
imitação de aspectos específicos da realidade, isto significando que, por mais
atraente que uma simulação possa parecer, ela estará sempre seguindo um
modelo matemático desenvolvido para descrever a natureza, e este modelo
poderá ser uma boa imitação ou, por outras vezes, um autêntico absurdo.
Uma simulação pode tão somente imitar determinados aspectos da realidade,
mas nunca a sua total complexidade. Uma simulação, por isso, nunca pode
provar coisa alguma. O experimento real será sempre o último juiz.
(MEDEIROS e MEDEIROS, 2002, p. 83).
Também por isso, por ser uma representação da realidade, muitas simulações
não incluem fatores práticos dos próprios experimentos, como as fontes de incertezas
e erros, os quais alteram o resultado real. Dependendo do tipo de experiência, os tipos
de erros se analisados poderiam contribuir a uma análise mais rica do próprio
fenômeno, além da descoberta de outras relações entre o experimento em si e outras
propriedades, submetendo o aluno a um mundo onde poderá encontrar perturbações
nos sistemas estudados ou erros de aferição dos equipamentos. Por isso, segundo
Hanson (2009) objetos de aprendizagem virtuais, que simulam situações reais através
de dados pré-gravados, tem recebido críticas dos alunos e educadores. Com isso,
algumas simulações apresentam o mesmo resultado, pois não incluem o erro
experimental, que pode ser ocasionado pela calibração dos equipamentos.
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
16
Em um Congresso sobre ensino e internet (INTER-UNIVERSITY, 2008), os
desenvolvedores de simulações, concordaram sobre as dificuldades de criar um
programa de computador para simular um processo de forma realista.
Outra forma de se utilizar a tecnologia é utilizando experimentos apenas com
hardware. Nesta direção, uma abordagem alternativa é fornecer laboratórios de
acesso remoto, alternativa que vem apresentando uso cada vez mais crescente no
exterior, pela crescente disponibilidade e capacidade dos computadores pessoais,
como é o caso (apud SIEVERS JUNIOR et al, 2012 p.2):
do uso de laboratórios remotos em ciências ambientais e ecológicos
(KREHBIEL, 2003), mas são encontrados principalmente nos departamento
de engenharia, por exemplo química (SELMER, 2007), elétrica (LANG, 2007)
e (LOWE, 2009) e mecânica (WEIGHTMAN, 2007), além de física (HANSON,
2009).
O que atrai também ao uso do laboratório remoto é a possibilidade de acesso
via internet ao experimento real, de modo que as fontes de incerteza possam ser
investigadas; além da possibilidade de se utilizar a experiência real acessada
remotamente junto a simulações/objetos de aprendizagem, que possam descrever o
modelo utilizado, como uma ferramenta pedagógica, com possibilidade de análises
mais ricas e comparativas.
A tecnologia do laboratório com acesso remoto, também denominado WebLab,
está sendo desenvolvida em um número crescente de instituições de ensino superior
e está ramificando para outras disciplinas e para outros níveis de ensino (apud
SIEVERS JUNIOR et al, 2012, p. 2):
No Brasil podemos encontrar alguns laboratórios como (KYATERA, 2008), e
um laboratório para prática remota de aulas Laboratoriais de Física (SILVA,
2007). Muitos laboratórios remotos são acessados por qualquer navegador
convencional (WEIGHTMAN, 2007), esses recursos proporcionam
oportunidades à instituições de todo o mundo para acesso ao equipamento
experimental.
Alguns usuários e pequenos grupos estão se formando e deram provas do
sucesso da colaboração e compartilhamento de recursos sobre limites internacionais
(GARCÍA-ZUBÍA et al, 2012, p. 230). Existe um grande potencial para colaboração e
compartilhamento de recursos em escala nacional e internacional.
Entretanto, antes dos laboratórios remotos poderem atingir o seu real potencial,
várias questões logísticas fundamentais continuam a exigir, tais como: Como as
instalações serão financiadas e mantidas? Quem terá acesso e quando? Mais debates
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
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são necessários para resolver essas questões e chegar a um consenso sobre os
pontos fortes e fracos dos laboratórios remotos e seu lugar no currículo, além de
discussões acerca da possibilidade de se utilizar com complemento de simulações e
como complemento a aulas presenciais. Além destas discussões, há controvérsias
em cursos sobre a eficácia dos laboratórios remotos em entregar resultados de
aprendizagem, e seus efeitos globais sobre a experiência dos alunos. A maioria dos
exemplos de laboratórios remotos hoje são apenas versões remotas dos laboratórios
tradicionais e alguns pesquisadores fazem comparações diretas entre os resultados
da aprendizagem com os laboratórios tradicionais versus laboratórios remotos. Fato
este que evidencia apenas uma transferência da aula expositiva para uma aula
laboratorial a distância, o que apenas continua com o problema.
Nesse sentido, nosso objetivo, aqui, é começar a investigar de que forma pode
se propor a adequação de um laboratório remoto junto a aulas presenciais, no que se
diz respeito a conteúdos de Física, como por exemplo o estudo dos padrões de cores,
um tema que desperta interessa não apenas da Física mas também de áreas da
Biologia, Fotografia, Fisiologia, entre outras, e que pode ser utilizada dentro de uma
temática interdisciplinar que venha a despertar um interesse mais significativo aos
estudantes. Além disso, e por consequência nosso objetivo também se desmembra
para quais interfaces podem ser melhor elaboradas e utilizadas junto ao ambiente no
qual o laboratório remoto esteja inserido, visando ao usuário (seja professor ou aluno)
desfrutar dos recursos existentes, os trabalhando de forma em que se possa
aprofundar a compreensão dos assuntos tratados.
3 Estado da Arte
No capítulo de problematização, abordamos o contexto dos laboratórios e mais
adiante (no item “Justificativa”) será analisado a escolha e o porquê do uso do
laboratório remoto para os propósitos do projeto, bem como, aqui se inicia a
abordagem de como está a situação e o usos dos mesmos.
Para continuar essa abordagem, analisemos as questões principais levantadas
em Vozniuk et al (2015) e Rodríguez-Triana et al (2015), que expressam,
respectivamente, as necessidades e características do uso de aplicativos que
acessem laboratórios remotos sob uma perspectiva de aprendizagem híbrida, e uma
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
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análise das necessidades dos ambientes remotos sob a perspectiva dos professores,
com base em uma aprendizagem baseada em investigação (IBL, do inglês, Inquiry-
Based Learning).
Além disso, foram analisados para este levantamento do estado da arte 32
artigos que remetem ao uso dos laboratórios remotos em educação (cujas citações
estão disponíveis no portal internacional de laboratórios remotos – GoLab -, em
http://www.go-lab-project.eu/publications), dos quais selecionamos 15 artigos, devido
às suas características por envolver temas de Ciências e/ou Física aplicadas a uma
discussão do ambiente em função de uma aprendizagem significativa. A tabela a
seguir mostra os artigos que foram escolhidos, e dentro destes os que foram
selecionados.
Tabela 1- Índice dos artigos separados para análise e selecionados para releitura bibliográfica
Índice Artigo (Referência) Selecionado ou não
1. Kreiter, C.; Garbi Zutin, D.: Enhancing
the Usability of the Blackbody Radiation
Remote Lab. In: Proceedings of the 3rd
Experiment@ International Conference,
exp.at'15, p. 55. Publication Publisher:
IEEE Computer Society, Ponta Delgada,
São Miguel Island, Azores, Portugal,
2015. Download
Não. Apenas Resumo.
2. Salzmann, Ch.; Govaerts, S.; Halimi, W.;
Gillet, D. : The Smart Device
Specification for Remote Labs. In:
Proceedings of the 12th International
Conference on Remote Engineering and
Virtual Instrumentation, REV 2015,
Publication Publisher: IEEE Computer
Society, Bangkok, Thailand, 2015.
Download
Não (sem envolvimento com a Física.
Mas a questões interessantes discutidas
em análise para a parte educacional)
3. Rodriguez-Gil, L.; Orduña, P.; Bollen, L.;
Govaerts, S.; Holzer, A.; Gillet, D.;
López-de-Ipiña, D.; García-Zubia, J.:
The AppComposer Web Application for
School Teachers: A Platform for
Translating and Adapting Educational
Web Applications. In: Proceedings of the
6th IEEE Global Engineering Education
Conference, EDUCON 2015,
Publication Publisher: IEEE Computer
Society, Tallin, Estonia, 2015. Download
SIM. Plataforma de aplicação web para
professors.
4. Dziabenko, O.; García-Zubía, J.:
Planning and Designing Remote
Experiment for School Curriculum. In:
Proceedings of the 6th IEEE Global
Não (não é possível baixar o
documento)
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
19
Engineering Education Conference,
EDUCON 2015, Publication Publisher:
IEEE Computer Society, Tallin, Estonia,
2015.
5. Zervas, P.; Tsourlidaki, E.; Sotiriou, S.;
Sampson, D.: Towards a Metadata
Schema for Characterizing Lesson
Plans Supported by Remote and Virtual
Labs for School Science Education. In:
Proceedings of the 12th International
Conference on Cognition and
Exploratory Learning in Digital Age,
CELDA 2015, Publication Publisher:
Springer, Dublin, Ireland, 2015.
Download
SIM. Caracterização de planos de aula
suportados por laboratórios remotos
para educação de Ciências.
6. Zervas, P.; Authentopoulou, A.-E.;
Sampson, D.: Characterizing Virtual and
Remote Laboratories with Educational
Metadata. In: Proceedings of the Open
Discovery Space Conference, EDEN
Open Classroom 2015, Publication
Publisher: EDEN Open Classroom,
Athens, Greece, 2015. Download
SIM
7. Zacharia, Z.C.; Manoli, C.; Xenofontos,
N.; De Jong, T.; Pedaste, M.; Van
Riesen, S.; Kamp, E.; Mäeots, M.;
Siiman. L.; Tsourlidaki, E.: Identifying
potential types of guidance for
supporting student inquiry when using
virtual and remote labs: A literature
review. In: Educational Technology
Research and Development: Vol. 63, p.
257-302. Publication Publisher:
Association for Educational
Communications & Technology, 2015.
Não. O artigo não está disponível
eletronicamente.
8. Vozniuk, A.; Rodriguez-Triana, M. J.;
Holzer, A.; Govaerts, S.; Sandoz, D.;
Gillet, D.: Contextual Learning Analytics
Apps to Create Awareness in Blended
Inquiry Learning. In: Proceedings of the
14th International Conference on
Information Technology Based Higher
Education and Training, ITHET 2015,
Publication Publisher: IEEE Computer
Society, Lisbon, Portugal, 2015.
Download
SIM.
9. Sergis, S.; Vlachopoulos, P.; Sampson,
D.: Flipped Classroom Teaching Model
Templates for STEM Education. In:
Proceedings of the Open Discovery
Space Conference, EDEN Open
Classroom 2015, Publication Publisher:
EDEN Open Classroom, Athens,
Greece, 2015. Download
SIM. Modelos de aulas invertidas para o
modelos STEM de Ensino.
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
20
10. Salzmann, Ch.; Govaerts, S.; Halimi, W.;
Gillet, D.: The Smart Device
Specification for Remote Labs. In:
International Journal of Online
Engineering (iJOE): Vol. 11, No. 4,
Publication Publisher: iJOE, 2015.
Download e Apresentação
SIM. Especificação de Dispositivos
Inteligentes para acoplagem em
arqiteturas de software de laboratórios
remotos, permitindo depuração de
resultados e maior troca de informações,
visando facilitar o trabalho do professor
na comunicação com o usuário.
11. Rodríguez-Triana, M. J.; Holzer, A.;
Vozniuk, A.; Gillet, D.: Orchestrating
Inquiry-Based Learning Spaces: an
Analysis of Teacher Needs. In:
Proceedings of the 14th International
Conference on Web-based Learning,
ICWL 2015, Publication Publisher:
Springer, Guangzhou, China, 2015.
Download
SIM
12. Pedaste, M.; Mäeots, M.; Siiman L. A.;
De Jong, T.; Van Riesen, S. A. N.; Kamp,
E. T.; Manoli, C. C.; Zacharia, Z. C.;
Tsourlidaki, E: Phases of inquiry-based
learning: definitions and the inquiry
cycle. In: Educational Research Review:
Vol. 14, p. 47-61. Publication Publisher:
Elsevier Ltd., 2015. Download
SIM. Fases da Apendizagem baseada
em investigação e desenvolvimento das
discussões sobre o ciclo de
investigação.
13. Manske, S.; Hecking, T.; Chounta, I.-A.;
Werneburg, S.; Hoppe; H. U.: Using
Differences to Make a Difference: A
Study in Heterogeneity of Learning
Groups. In: Proceedings of the 11th
International Conference on Computer
Supported Collaborative Learning,
CSCL 2015, Vol 1, p. 182 – 189.
Publication Publisher: ISLS,
Gothenburg, Sweden, 2015. Download
SIM
14. Manske, S.; Chounta, I.-A.; Rodríguez-
Triana, M. J.; Gillet, D.; Hoppe; H. U.:
Exploring Deviation in Inquiry Learning:
Degrees of Freedom or Source of
Problems?. In: Proceedings of the 23rd
International Conference on Computers
in Education, ICCE 2015, Publication
Publisher: Asia-Pacific Society for
Computers in Education, Hangzhou,
China, 2015. Download
SIM. Esse artigo explora os desvios na
aprendizagem por investigação no que
se refere à Liberdade dada ao aluno e
consequencias dessa metodologia no
que se refere ao uso dos laboratórios
remotos.
15. Kreiter, C.; Garbi Zutin, D.; Auer, M. E.:
An HTML Client for the Blackbody
Radiation Lab. In: Proceedings of the
12th International Conference on
Remote Engineering and Virtual
Instrumentation, REV 2015, Publication
Publisher: IEEE Computer Society,
Bangkok, Thailand, 2015. Download
Não. Apenas resumo.
16. Heintz, M.; Law, E. L.; Soleimani, S.:
Paper or Pixel? Comparing Paper- and
Não. Arquivo não disponível
gratuitamente.
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
21
Tool-based Participatory Design
Approaches. In: Proceedings of the 15th
IFIP TC.13 International Conference on
Human-Computer Interaction,
INTERACT 2015, Publication Publisher:
Springer, Bamberg, Germany, 2015.
Download
17. Heintz, M.; Law, E. L.; Manoli, C.;
Zacharia, Z.; Van Riesen, S. A. N.: A
survey on the usage of online labs in
science education: Challenges and
implication. In: Proceedings of the 6th
IEEE Global Engineering Education
Conference, EDUCON 2015,
Publication Publisher: IEEE Computer
Society, Tallin, Estonia, 2015.
Não. Arquivo não disponível para
download.
18. Heintz, M.; Law, E. L.: Solution-based
Requirements Capture with PDot in an
E-Learning Context . In: Proceedings of
the 15th IFIP TC.13 International
Conference on Human-Computer
Interaction, INTERACT 2015,
Publication Publisher: Springer,
Bamberg, Germany, 2015.
SIM
19. Halimi, W.; Salzmann, Ch.; Gillet, D.:
The Smart Wind Turbine Lab. In:
Proceedings of the 3rd Experiment@
International Conference, exp.at'15,
Publication Publisher: IEEE Computer
Society, Ponta Delgada, São Miguel
Island, Azores, Portugal, 2015.
Download
Não. Arquivo disponível eletronicamente
apenas com o resumo.
20. Govaerts, S.; Cao, Y.; Faltin, N.;
Cherradi, F.; Gillet, D.: Tutoring
Teachers - Building an Online Tutoring
Platform for the Teacher Community. In:
Immersive Education, Communications
in Computer and Information Science,
Vol. 486, p. 39-51. Publication Publisher:
Springer, Vienna, Austria, 2015.
Download
SIM
21. Fernandez, G. C.; Ruiz, E. S.; CastroGil,
M.; Mur Perez, F.: From RGB led
laboratory to servomotor control with
websockets and IoT as educational tool.
In: Proceedings of the 12th International
Conference on Remote Engineering and
Virtual Instrumentation, REV 2015,
Publication Publisher: IEEE Computer
Society, Bangkok, Thailand, 2015.
Download
SIM. Menção ao uso de websockets na
arquitetura de software e experimentos
variados de tecnologia e de física, nesse
ultimo caso, com LED RGB.
22. Fernandez, G. C.; Carrasco Borrego,
R.; Plaza Merino, P.; Cañas Lopez, M.
A.; San Cristóbal Ruiz, E.; Castro Gil, M.;
Não. Texto não disponível para
download, mas a apresentação sim.
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
22
Mur Perez, F.: Mechatronics and
robotics as motivational tools in remote
laboratories. In: Proceedings of the 6th
IEEE Global Engineering Education
Conference, EDUCON 2015,
Publication Publisher: IEEE Computer
Society, Tallin, Estonia, 2015.
Apresentação e Download
Alguns pontos discutidos ali devem ser
utilizados ao longo deste capítulo.
23. Dikke, D.; Faltin, N.: Go-Lab MOOC – An
online course for teacher professional
development in the field of Inquiry-Based
Science Education. In: Proceedings of
the 7th International Conference on
Education and New Learning
Technologies, Publication Publisher:
IATED, Barcelona, Spain, 2015.
Download
SIM. Explora o desenvolivmento
professional do professor dentro de uma
perspectiva de Ensino de Ciências
baseado em investigação, para um
curso on-line no projeto Go-Lab (portal
de laboratórios remotos).
24. De Jong, T.: Simulation-based learning.
In: J. Spector (Ed.): The SAGE
encyclopedia of educational technology,
p. 647-650. Publication Publisher: SAGE
Publications, Inc., Thousand Oaks,
California, United States, 2015.
Não. Artigo não disponível
eletronicamente.
25. Centeno, R.; Rodriguez-Artacho, M.;
Garcia, F.; Sancristobal, E.; Diaz, G.;
Castro, M.: Towards learning resources
rankings in MOOCs: A pairwise based
reputation mechanism. In: Proceedings
of the 6th IEEE Global Engineering
Education Conference, EDUCON 2015,
Tallin, Estonia, Publication Publisher:
IEEE Computer Society, Tallin, Estonia,
2015. Download
Não. Texto disponível eletronicamente,
mas não gratuitamente.
26. Cao, Y.; Kovachev, D.; Klamma, R.;
Jarke, M.; Lau, R. W. H.: Tagging
diversity in personal learning
environments. In: Journal of Computers
in Education, March 2015: Vol. 2, Issue
1, p. 93-121. Publication Publisher:
Springer, 2015. Download
Não. Embora trabalhe o
desenvolvimento de um protótipo de
ambiente de aprendizagem pessoal e
baseado na procura de tag’s, o faz em
poemas clássicos chineses, ass
27. Cao, Y.; Tsourlidaki, E.; Edlin-White, R.;
Dikke, D.; Faltin, N.; Sotiriou, S.; Gillet,
D.: STEM Teachers’ Community
Building through a Social Tutoring
Platform. In: Proceedings of the14th
International Conference on Web-based
Learning, ICWL 2015, Publication
Publisher: Springer, Guangzhou, China,
2015.
Não. Artigo disponível eletronicamente
mas não gratuitamente.
28. Tsourlidaki, E.; Zervas, P.; Sotiriou, S.;
Sampson, D.: An Investigation with
European School Teachers on how to
Characterize Virtual and Remote Labs.
In: Proceedings of the IEEE 6th
Não. Arquivo disponível
eletronicamente, mas não
gratuitamente.
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
23
International Conference on Engineering
Education towards Excellence and
Innovation 2015, Publication Publisher:
IEEE Computer Society, Tallinn,
Estonia, 2015. Download
29. Zervas, P.; Sergis, S.; Sampson, D.;
Fyskilis, S.: Towards Competence-
Based Learning Design Driven Remote
and Virtual Labs Recommendations for
Science Teachers. In: Technology,
Knowledge and Learning, Publication
Publisher: Springer, 2015. Download e
Apresentação
Não. Arquivo disponível
eletronicamente, mas não
gratuitamente. Apenas resumo
disponível de graça. Apresentação
disponível eletronicamente. Por conter
elementos sobre o processo de
educação aberta nos laboratórios
remotos será citada.
30. Pedaste, M.; Mäeots, M.; Siiman, L. A.;
de Jong, T.; van Riesen, S. A. N.; Kamp,
E. T.; Manoli, C. C.; Zachariac, Z. C.;
Tsourlidaki, E.: Phases of inquiry-based
learning: definitions and the inquiry
cycle. In: Educational Research Review,
p. 47-61. Publication Publisher:
European Association for Research on
Learning and Instruction (EARLI), 2015.
Download
Sim, por conter uma discussão mais
aprofundada sobre o processso cíclico
da aprendizagem por investigação, uma
bases teóricas aplicada ao
desenvolvimento de laboratórios
remotos, mundialmente.
31. Zacharia, Z.C.; Manoli, C.; Xenofontos,
N.; de Jong, T.; Pedaste, M.; van
Riesen, S.A.N, Kamp, E.T.; Mäeots, M.;
Siiman, L.; Tsourlidaki, E.: Identifying
potential types of guidance for
supporting student inquiry when using
virtual and remote labs in science: a
literature review. In: Educational
Technology Research & Development,
Publication Publisher: Springer US,
2015. Download
SIM. Revisão bibliográfica sobre os
potenciais tiposde guias para auxílio a
investigação de estudantes no uso de
laboratórios remotos e virtuais, nas
áreas de Ciências.
Posteriormente a seleção dos artigos ainda restringimos mais a escolha no que
se refere apenas às discussões teóricas ou práticas do uso de laboratórios remotos
nas áreas científicas, tanto quanto nas alternativas de aprendizagem desenvolvidas
neles. Após esta restrição, ficamos com 11 artigos (caracterizados pelos índices 3, 5,
9, 10, 11, 12, 14, 21, 23, 30 e 31) que devem ser comentados nos próximos
parágrafos.
Nesse caso, os artigos de 3 a 10 tratam da temática dos laboratórios remotos
no desenvolvimento dos professores e usuários; nos artigos 12 e 14 tratam do
desenvolvimento de interfaces para facilitar o uso por parte dos professores e a
aprendizagem dos alunos; e nos textos de 23 a 31 tratam da questão da aprendizagem
por investigação aplicada aos laboratórios remotos, seja nas possibilidades que
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
24
apresenta ou mesmo nas consequências que se tem com a metodologia, no ensino
com ambientes remotos de investigação, na concepção das Ciências.
Cabe lembrar que esse levantamento bibliográfico toma os anos mais recentes,
e que como o uso de laboratórios remotos é uma área com recente investigação
educacional, novas possibilidades e uso de novas tecnologias podem influenciar no
próprio uso das plataformas remotas, ou mesmo com melhorias na usabilidade e
aplicabilidade dos sistemas. Por exemplo, em relação ao levantamento realizado por
Cardoso e Takahashi (2011), o qual era justamente visando o estudo e aplicabilidade
dos laboratórios remotos em Física, Engenharia e outras áreas científicas, novas
tecnologias surgiram e melhoraram a eficiência das interfaces possíveis dentro dos
laboratórios. Novos programas surgiram para melhorar o tempo de resposta entre um
comando enviado pelo cliente e recebido pelo servidor (Salzmann et al, 2015).
Isso nos remete a entender as discussões a respeito do desenvolvimento e o
uso no contexto educacional de Física dos Laboratórios Remotos, além das
discussões de usabilidade dos laboratórios remotos e emprego das teorias de ensino
e aprendizagem, da época de Cardoso e Takahashi (2011) em comparação com a
aplicação de, por exemplo, a Aprendizagem Baseada em Investigação (IBL, do inglês
Inquiry Based Learning) (Dikke, et al, 2015), (Pedaste, et al, 2015b) e (Zacharia, et al,
2015), nos tempos mais recentes. Para tanto, como apontado, são estudados os
trabalhos realizados por autores que trabalharam neste mesmo tema, dentro das
observações levantadas por Cardoso e Takahashi (2011), e consequentemente quais
as dificuldades encontradas, as discussões levantadas por eles, em comparação com
as observações e desenvolvimentos ocorridos desde então (Rodrigues-Gil, et al,
2015), (Zervas, et al, 2015), (Sergis, et al, 2015), (Salzmann, et al, 2015), (Rodríguez-
Triana, et al, 2015), (Pedaste, et al, 2015a), (Manske, et al, 2015), (Fernandez, et al,
2015), (Dikke, et al, 2015), (Pedaste, et al, 2015b) e (Zacharia, et al, 2015) a fim de
enquadrar os problemas a serem trabalhados neste projeto.
No artigo de Cardoso e Takahashi (2011), publicado na RBPEC, os autores
fazem o “[...] levantamento e análise de trabalhos sobre o assunto em revistas e
periódicos de ensino e educação, no Brasil e no exterior”, até o ano de 2011. O intuito
dos autores, assim como um dos objetivos deste projeto corrente, era investigar se (e
como) os laboratórios remotos estão sendo utilizados para o ensino, particularmente,
de Física, com o objetivo de avaliar o potencial desse recurso para o ensino-
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
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aprendizagem da disciplina. Para tanto, os autores discorrem das necessidades de
um laboratório remoto e das potencialidades que o uso da experimentação demonstra
para o processo de ensino-aprendizagem, fundamentando-se nas avaliações tanto de
documentos oficiais como o PCN+ (BRASIL, 2002), quanto de pesquisadores. Dentro
deste âmbito, Dikke, et al (2015) e Pedaste, et al (2015b), discorrem sobre a
fundamentação dos laboratórios remotos sob a ótica da aprendizagem baseada em
investigação, tratando das fases de desenvolvimento para se chegar a um objetivo de
estudo.
Dikke, et al (2015) discorrem sobre o desenvolvimento profissional dos
professores dentro dos laboratórios remotos que tratam dentro da perspectiva da IBL,
e quais as melhorias que apresentam. Além disso os autores discorrem sobre o fato
da perspectiva dos laboratórios remotos estarem mais coesos hoje em dia, devido à
ideia de se formar um consórcio europeu para difundir as investigações com
laboratórios remotos aplicados ao estudo de ciência, no que se formulou como o
GoLab (consórcio esse que fundamenta as pesquisas selecionadas para este estudo
bibliográfico). Esse fato, por si só, já avança um dos problemas que se apresentava
na época de Cardoso e Takahashi (2011), no caso, antes de 2011.
Isso porque ao se comparar as pesquisas os autores podem avançar em seus
conhecimentos, compartilhando impressões, levantando novas possibilidades e
trocando materiais de pesquisa e mesmo com mais acessos aos weblabs, se
consegue investigações e desenvolvimentos mais aprofundados. Com o GoLab, os
professores têm a possibilidade de terem uma formação contínua e se envolverem
mais com os avanços dos laboratórios remotos de seus pares e mesmo dos usuários,
que com mais acessos se tornam mais íntimos dos laboratórios e a questão do
estranhamento com a tecnologia vão diminuindo.
A própria perspectiva da experimentação remota ganha mais propriedade
através de uma sistematização de investigação, através das fases de investigação,
definidas em Pedaste, et al, (2015b). Novas motivações e descobertas surgem através
deste viés podem ser trabalhados pelos professores, para que os próprios usuários
sejam autônomos em suas descobertas; com isso, o professor passa a orientar o
usuário remotamente em seu processo de aprendizagem. O usuário, por outro lado,
se familiariza com o processo do método científico. Assim, o estudo científico pode
ser mais atraente e possibilita novas descobertas, dentro de um ambiente remoto que
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não apenas serve ao processo de se obter resultados dentro de um experimento, mas
também entender o seu significado e contexto, quando colocado dentro de uma
perspectiva que tal conhecimento pode ser construído, investigado.
Dentro desta perspectiva de experimentação, aliada ao princípio de utilização
de materiais de fácil acesso e possibilidade de viabilizar a mesma experiência com
acesso remoto, em 2011, Cardoso e Takahashi (2011, p. 188) apontavam que:
A utilização desses Laboratórios de Experimentação Remota, como são
conhecidos, permitiria a realização cooperativa de experimentos reais com o
objetivo de prover uma melhor compreensão dos fenômenos científicos e
estimular um interesse maior pela carreira científica.
E, indo além (CARDOSO; TAKAHASHI, 2011, p. 188):
[...] a Experimentação Remota não auxilia a aprendizagem por si só; o uso da
experimentação deve ser amparado por ferramentas didáticas e
metodologias devidamente fundamentadas.
De forma que concluem que a perspectiva de uso dos laboratórios remotos não
se dá somente em ambientes que se utilizem de Educação a Distância (EaD), mas
também presencialmente:
Assim, um laboratório remoto pode auxiliar na aprendizagem de conceitos
físicos, sendo um importante recurso nos cursos de Educação a Distância
(EaD) que exigem aulas práticas, como também aulas presenciais tornado-a
mais interativa e mais dinâmica. Pode, ainda, auxiliar o aprendiz
independentemente das aulas e viabilizar a realização de experimentos mais
complexos e/ou de difícil acesso. (CARDOSO; TAKAHASHI, 2011, p.188-
189)
Com base nestas prerrogativas, os autores abordam a metodologia de
aprendizagem baseada em investigação para laboratórios remotos, desde sua
adequação até a sua implementação e uso educacional. Com base nessa
metodologia, que se baseia no método científico e em suas fases, para os autores
Pedaste et al (2015), o objetivo da metodologia de aprendizagem baseada em
investigação é “envolver os alunos em um autêntico processo de descoberta
científica”. (Pedaste et al, 2015, p.48):
“Do ponto de vista pedagógico, o processo científico complexo é dividido em
unidades menores, logicamente conectadas que orientam os alunos,
chamando-lhes a atenção para aspectos importantes do pensamento
científico. Estas unidades individuais são chamadas fases de investigação e
o seu conjunto de conexões forma um ciclo de investigação”.
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Nesse sentido, os autores citados mencionam o modelo do ciclo de
aprendizagem dos 5E, que tratam de cinco fases de investigação (fundamentados em
(Bybee et al, 2015): engajamento, exploração, explanação, elaboração, e avaliação
(em inglês, 5E learning cycle model – engagement, explroation, explanation,
elaboration, evaluation). Nestas fases, dependendo do pesquisador, é observado que
se pode balancear para mais ou para menos abordagens ora indutivas, ora dedutivas,
dependendo da fase de investigação. Por outro lado, para outros autores (Klahr e
Dunbar, apud Pedaste et al, 2015b), o processo de raciocínio científico é caracterizado
em duas esferas – a da experimentação e da hipótese -, e dentro destes espaços se
é trabalhada a investigação em um ambiente remoto, ora indo para a hipótese, ora
indo ao experimento. Por isso, a forma de se optar por recursos indutivos ou dedutivos
pode depender do campo em que se está trabalhando, bem como da fase em que se
está orientando ao usuário.
Assim, com base em um levantamento bibliográfico de 32 (trinta e dois) artigos,
Pedaste et al (2015b) formulam um modelo de 5 (cinco) fases de investigação
(Orientação, Cenceitualização, Investigação e Conclusão – baseado em modelo
formulado por de Jong et al, 2014 (apud Pedaste et al, 2015) , porém mais
sistematizado e com possibilidades de permutações e novos ciclos dentro de um
mesmo processo). Nesta formulação do processo é possível se utilizar como entrada
para o processo uma experimentação ou explanação, para depois se formular
hipóteses, coletar dados e se concluir, ou mesmo, após a coleta de dados, se formar
uma nova contextualização, formular uma nova hipótese, experimentar, explorar,
coletar novos dados, e se concluir. Ou seja, o processo se transforma em vários ciclos
possíveis dentro de um mesmo processo, algo mais próximo do raciocínio científico,
de forma a familiarizar o usuário/aprendiz, e facilitar uma orientação de estratégia ao
professor, que por sua vez, tem a sua escolha deixar o processo mais livre, ou
delimitar a sua estratégia de uso. Essa formulação permite se utilizar o ambiente
remoto tanto dentro de um contexto mais estruturado de ensino quanto em um
ambiente mais livre (Pedaste et al, 2015b).
No caso da formulação das 5 fases – Orientação, Conceitualização,
Investigação e Conclusão -, para os laboratórios remotos, Zacharias et al (2015),
apontam que uma derivação da IBL, a aprendizagem baseada em investigação com
suporte ao computador (do inglês Computer Suported Inquiry Learning, ou
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simplesmente, CoSIL) é uma das metodologias que utiliza o computador como
ambiente para aprendizagem, em conjunto com a ideia de raciocínio científico dentro
de uma metodologia investigativa de modo que o usuário possa realizar as etapas do
método científico dentro de sua pesquisa.
Zacharia et al (2015) apontam que:
“os ambientes de aprendizagem computadorizados foram identificados por
muitos pesquisadores como sendo um dos melhores meios para se ter, de
fato, uma aprendizagem, pois fornecem recursos que outros meios
tradicionais (por exemplo, papel–e–lápis, atividades, laboratórios físicos) não
podem oferecer, tais como múltiplas representações, feedback pessoal
instantâneo, informações estruturadas não-seqüenciais, não-lineares e em
que os alunos podem procurar instantaneamente de acordo com as suas
necessidades, interesses ou objetivos [...]” (apud Zacharia et al, 2015)
Além disso os ambientes em que os laboratórios remotos se encontram, de
acordo com Zacharia et al (2015), se projetados apropriadamente, são importantes
para o reforço da aprendizagem do estudante. Pela literatura (Zacaria et al, 2015), se
percebe que a aprendizagem dentro de tais ambientes coloca desafios para a maioria
dos estudantes, principalmente por causa da complexidade cognitiva e meta-cognitiva
das experiências de aprendizagem que esses ambientes oferecem, e muito devido
(Zacharia et al, 2015) à riqueza de informação e da diversidade de relações que o
usuário consegue retirar do ambiente com o qual interage, além da transparência com
a qual o usuário consegue perceber o conteúdo.
Por outro lado, quando o usuário acessa um laboratório on-line (seja virtual ou
remoto), encontra alguns pontos a se considerar, principalmente quando volta a
acessar. Na volta (Zacharia et al, 2015), o estudante pode ver o mesmo objeto através
de múltiplas representações, incluindo representações de objetos abstratos /
conceituais (por exemplo, em uma simulação ou em um laboratório virtual, ele pode
observar simulações de raios de luz, de elétrons), que não estão disponíveis no mundo
real, e melhorar sua compreensão do fenômeno em estudo (Zacharia et al, 2015),
ainda que seja importante mencionar que não se trata do objeto real e sim um conceito
(e isso é importante ser explicado no ambiente e pelo professor).
No caso dos laboratórios remotos, por exemplo, de Jong et al (2013) analisam
as necessidades de guias na metodologia de aprendizagem baseada em
investigação, e apontam que é essencial abordar a questão, a fim de que se obtenha
melhores orientações dentro dos parâmetros utilizados em um ambiente remoto (do
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laboratório remoto). Inclusive sugerem à comunidade concentrem suas pesquisas no
desenvolvimento e utilização de devidas orientações para o abordagem mais eficiente
de práticas que se utilizem da metodologia de aprendizagem baseada em
investigação (IBL) dentro dos ambientes colcoados nos laboratórios, sejam tanto
virtuais quanto remotos.
É importante observar que além da motivação dos espaços de investigação (e
que acabam por utilizar a metodologia IBL), nos projetos que são desenvolvidos pela
proposta do GoLAB, existe uma motivação do apelo científico colocado em núcleos
de grandes ideias (Big Ideas - www.golabz.eu/big-ideas ):
 1ª ideia- A energia não pode ser criada nem destruída (apenas pode ser
transforma de uma forma para a outra). A transformação de energia
pode levar à mudança de estado ou de movimento;
 2ª ideia - Existem quatro interações/forças fundamentais na natureza
(Gravitação, Eletromagnetismo, Força Nuclear Forte, e Força Nuclear
Fraca – todos os fenômenos naturais são devidos à presença de uma
ou mais dessas interações. As forças atuam nos objetos e podem agir à
distância através do campo físico respectivo, causando uma mudança
no movimento ou no estado da matéria);
 3ª ideia - A Terra é uma parte muitíssimo pequena do Universo (o
Universo é composto por bilhões de galáxias, as quais contém bilhões
de estrelas – sóis – e outros objetos celestes. A Terra é uma parte
muitíssimo pequena de um sistema solar com um sol no seu centro, o
qual por sua vez é uma parte muito pequena do Universo);
 4ª ideia - Toda a matéria no Universo é composta de partículas muito
pequenas (Elas estão em movimento constante e a ligação entre elas
são formadas por interações entre as mesmas. Partículas elementares
como as conhecemos forma átomos e átomos forma moléculas. Existe
um número finito de tipos de átomos no Universo, os quais são os
elementos da tabela periódica;
 5ª ideia - Em escalas muito pequenas, nosso mundo é sujeito às leis da
mecânica quântica (toda a matéria e radiação exibem ambas
propriedades de ondas e de partículas. Nós não podemos
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simultaneamente conhecer a posição e o momento de uma partícula – é
o princípio da incerteza);
 6ª ideia - A evolução é a base tanto da unidade da vida quanto da
biodiversidade dos organismos (os organismos passam suas
informações genéticas de uma geração à outra);
 7ª ideia - Os organismos são organizados em bases celulares (Elas
requerem uma fonte de energia e de materiais. Toda a forma de vida no
nosso planeta é baseada em um componente-chave comum);
 8ª ideia - A Terra é um sistema de sistemas os quais influenciam e são
influenciados pela vida no planeta. (O processo ocorrendo dentro desse
sistema influencia a evolução de nosso planeta, dão forma ao clima e à
superfície terrestre. O sistema solar também influencia a Terra e a vida
no planeta).
Assim, esta seção “Big Ideas of Science” (ou Grandes Ideias da Ciência) são
um conjunto de conceitos-chave científicos que descrevem o mundo que nos rodeia.
Eles nos permitem conceber a conexão entre diferentes fenômenos naturais que, à
primeira vista, podem parecer irrelevantes, mas que na verdade têm suas raízes nos
mesmos princípios e leis da natureza. O GoLab introduz o "Big Ideas" como uma
espinha dorsal pela qual os alunos podem construir seu conhecimento com base
nessa prerrogativa, conforme se conectam aos assuntos da Ciência, diferente da
forma que são ensinados na escola, tanto quanto de eventos e fenômenos de suas
vidas os quais lhes são ensinados de maneira tão diferente durante sua vida escolar.
Desse modo, dentro dos espaços de investigação, e centrado nestas ideias-
chave, o usuário de um laboratório remoto pode experimentar um pouco da prática
científica e usufruir do laboratório remoto de forma diferente do que usaria apenas
como um visitante. Devido a isso, é necessário que quem dirija a experiência do
usuário nestes ambientes tenha a devida orientação e saiba colocar em prática a
necessária didática e permitir ao usuário/estudante que ele percorra os caminhos,
desde a contextualização até a conclusão. Essas discussões de como se colocar
essas orientações às fases do espaço de investigação são discorridas nos artigos de
(de Jong, et al, 2013), (Zacharia et al, 2015), (Dikke e Faltin, 2015), (Pedaste et al,
2015a), (PEdaste et al, 2015b), e principalmente em (Dikke et al, 2015), no artigo
“GOLABZ: TOWARDS A FEDERATION OF ONLINE LABS FOR INQUIRY-BASED
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SCIENCE EDUCATION AT SCHOOL”, o qual faz um apanhado das motivações,
pontos importantes e originais no projeto Go-Lab e que influencia no desenvolvimento
do aprendizado de estudantes através do laboratório (virtual e remoto), com o uso de
espaços de investigação.
Até o momento observamos a situação de pesquisa dos laboratórios remotos
e metdologias associadas ao ensino com laboratórios remotos, para os casos dos
laboratórios desenvolvidos em conjunto pelos comitês europeus, dentro do projeto
GoLAB. O uso de espaços de investigação, da divisão em etapas que simulem o
método científico no âmbito da pesquisa estudantil nos laboratórios remotos é
relativamente recente. Em 2007, Roccard (Dikke et al, 2015) cita o desenvolvimento
de ambientes (espaços) que utilizem a metodologia baseada em investigação
científica, comos endo uma forma renovada de pedagogia, no caso do futuro europeu.
Desde então, e com a união dos laboratórios de 17 países europeus no Go-Lab essa
iniciativa vem tomando mais corpo e tendo novos e eficientes resultados com
estudantes utilizando os laboratórios on-line (remotos e virtuais) de forma mais
instigante e significativa.
No caso brasileiro, os autores Cardoso e Takahashi fizeram o levantamento
bibliográfico, entre os anos 2000 e 2009, entre artigos de periódico Qualis 1A, pela
lista completa da Capes e apuraram todos os periódicos das seções Educação e
Ensino de Ciências e Matemática. Isso com o fim de avaliar a abrangência do uso dos
laboratórios remotos, da experimentação remota. Além desses artigos, também
selecionaram todos os outros periódicosque continham as palavras ensino, educação
e seus correspondentes em inglês e espanhol. No total, encontraram 78 periódicos.
Como critério de seleção dos artigos, optaram por pesquisar, nos títulos, as
palavras-chave “experimentação remota”, “laboratório remoto” e seus
correspondentes em inglês e espanhol. Com este critério de seleção, Cardoso e
Takahashi (2011) encontraram 31 artigos. Como forma de comparação, no caso das
publicações do Go-Lab, por exemplo, que tratam de propostas de incentivo ao uso de
laboratórios remotos, utilizando para isso espaços de investigação que se comunicam
com ambientes do laboratório remoto (ou virtual), encontra-se a presença de um
número maior de publicações em congressos e eventos que foram sendo realizados
para tratarem desta temática, principalmente após o ano de 2013.
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No caso de Cardoso e Takahashi (2011), a partir dos artigos encontrados, eles
fizeram um levantamento do número de artigos publicados em cada ano e em cada
área de conhecimento, verificando em quais periódicos foram publicados e para qual
nível de ensino, de forma a elaborar uma síntese dos objetivos, metodologias e
estratégias utilizadas e as principais contribuições para o ensino. A partir disso, os
autores fizeram uma análise em relação ao enfoque, à justificativa de utilização da
Experimentação Remota, às vantagens e desvantagens do uso do laboratório remoto
e à utilização de metodologia de ensino.
A partir destas considerações, os autores começam a análise preocupando-se
em verificar como vem sendo o desenvolvimento de pesquisas sobre laboratórios
remotos nos últimos 10 anos. A partir das análises feitas, constatam que as pesquisas
relacionadas a experimentos que podem ser operados remotamente são
relativamente recentes, devido ao fato de que a tecnologia só pôde ser desenvolvida
devido aos grandes avanços tecnológicos dos últimos tempos, como por exemplo, a
engenharia de automação e controle assistida por computadores, Internet (aqui
incluso o aumento no poder de processamento dos dados transmitidos, também) e
webcams, que são elementos essenciais para esse tipo de experimentação.
É interessante notar que, até 2011, em nenhum dos periódicos nacionais Qualis
A foram encontrados artigos sobre experimentos remotos, apesar de existirem
pesquisas e laboratórios remotos no Brasil. Após 2013, contudo o número de
publicações nacionais que tratam sobre o tema começou a aumentar, principalmente
devido aos trabalhos do projeto RexLab, da UFSC (Universidade de Santa Catarina),
publicados em congressos e publicações internacionais (Silva, et al, 2013), como o
caso da VAEP-RITA, da IEEE. Isso explicava o fato de que pouco se divulgava a
criação, elaboração, adequação e implementação de laboratórios remotos, fato este
que impossibilitava um maior acesso de usuários e do público-alvo (professores e
alunos) às potencialidades do uso educacional do laboratório remoto. De 2013 para
cá, contudo muito se avançou, desde a concepção dos laboratórios, até a forma de se
utilizá-los e evidencia-se que essa forma de utilizar os laboratórios tende a se tornar
uma forma muito comum, principalmente devido a possibilidade de se utilizar
experimentos reais, mas que não poderiam ser utilizados no lugar em que se encontra
o usuário e o professor. Com novas metodologias e interfaces de ambientes remotos,
pode-se além disso se obter uma experiência mais significativa, devido ao fato de o
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usuário se colocar como um cientista e trilhar as etapas a fim de se experimentar e
entender o que se observa.
No caso da Física, até 2011, poderíamos notar, conforme Cardoso e Takahashi
(2011) também apuram, que os trabalhos eram desenvolvidos para determinadas
áreas de conhecimento, a citar, as Engenharias, devido à necessidade de
experimentação, de prática, para a inserção do egresso no mercado de trabalho e que
a prática é de fundamental importância para a aprendizagem dos conceitos
relacionados com as disciplinas (CARDOSO; TAKAHASHI, 2011). Por outro lado,
estas características que são necessárias às Engenharias também são necessárias
em outras áreas de Ensino, justamente pelo caráter científico das disciplinas
correlatas (por exemplo, Física, Biologia, Química, e eventuais articulações entre
elas), as quais são bases para as Engenharias. Ainda que se apresente as mesmas
necessidades para estas áreas citas, existiam poucos trabalhos associados ao uso da
Experimentação Remota nessas áreas, conforme mostra a Figura 01.
Figura 01: Quantidade de artigos por área de conhecimento, até 2011 - reprodução de (Cardoso e Takahashi,
2011).
Pela pesquisa de levantamento realizada pelos autores, se percebia a
presença de alguns experimentos que poderiam ser utilizados no ensino da Física em
nível superior, como alguns experimentos de eletrônica, interferômetro de Michelson,
imagens ao microscópio eletrônico de varredura, vibração mecânica unidimensional e
pêndulo invertido. Inclusive, relacionando cada experimento à área da Engenharia
relacionada, a maior parte dos experimentos é voltada aos cursos de
Mecânica/Mecatrônica e Elétrica, áreas cuja base é essencialmente a Física.
Justamente com as práticas desenvolvidas pelo grupo do RexLab, da UFSC,
justamente algumas dessas experiências podem ser acessadas remotamente, dentro
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da perspectiva de uma metodologia baseada em investigação, bastando ao professor
no caso criar um espaço de investigação em sua unidade escolar. A diferença para os
projetos desenvolvidos pelo GoLab, da Europa, é que este ambiente de investigação
científica já se encontra no próprio portal (http://www.golabz.eu/spaces ), e nas
unidades das Grandes Ideias, de forma que o usuário, orientado pelo professor, nas
fases do desenvolvimento do conhecimento científico do tema trabalhado, pode
experienciar essa forma de ensino de um modo que lhe seja instigante e curioso (pode
até mesmo ter a liberdade de trilhar suas próprias fases de investigação, sendo
apenas orientado e auxiliado pelo professor/tutor) (Dikke et al, 2015).
Até 2011, contudo, pela análise de Cardoso e Takahashi (2011), além das
considerações anteriores, é importante ressaltar o enfoque que se dava em cada
artigo estudado, ou seja, sob qual ponto de vista os artigos foram desenvolvidos.
Categorizando-os pelos objetivos de cada artigo e, com base no que foi apresentado,
os autores criaram cinco categorias: Aprendizagem do Aluno (representavam alguma
metodologia para ensinar com Experimentação Remota, utilizando planos
pedagógicos, estratégias de ensino, etc...), Análise entre Laboratório Virtual e
Laboratório Remoto, Análise entre Laboratório Remoto e Laboratório Presencial
(nestes dois casos anteriores, em ambas as considerações, eram relacionados artigos
que evidenciavam diferenças, vantagens e desvantagens entre os respectivos tipos
de laboratório), Infraestrutura (artigos que descreviam a implementação e seus
requisitos necessários e ambiente do laboratório remoto), e Viabilidade (artigos que
validavam a utilização da experimentação remota).
Analisando os objetivos dos artigos chegaram ao fato de que 19 dos 31 artigos
estudados se focavam na questão de infraestrutura. Embora os periódicos estejam
publicados em revistas essencialmente voltadas ao ensino e educação, dos artigos
estudados somente 12,9% abordavam esta temática, evidenciando a baixa prioridade
da literatura disponível de análises voltadas a adequação de laboratórios remotos para
a temática de aprendizagem. Pois não basta se colocar um laboratório remoto se não
houver uma preocupação em que ele esteja bem estruturado em sua questão
educacional, o que retornaria somente em uma visualização, um entretenimento, sem
um valor significativo para a aprendizagem do usuário.
Assim, com essa preocupação é que grupos começaram a se juntar e a
metodologia baseada em investigação científica começou a ser utilizada e ambientes
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de investigação começaram a ser criados e colocados em prática dentro do
laboratórios remotos de forma se analisar pedagogicamente como os usuários
acessariam as experiências e de que forma eles poderiam ser orientados de forma a
terem uma aprendizagem que lhes atribuíssem significado. É justamente sobre isso
que tratam Dikke et al (2015) e Dikke e Faltin (2015) em seus respectivos artigos que
tratam da história do GoLab e o uso das etapas de investigação nas atribuições do
conhecimento dos usuários, também trabalhado por (de Jong et al, 2013); (Pedaste et
al, 2015a); (Pedaste et al, 2015b); (Zacharia et al, 2015).
Com relação aos artigos que enfocavam a aprendizagem (somente 4 – quatro
– dentre os analisados), no caso dos artigos anteriores a 2011, Cardoso e Takahashi
(2011), mostravam que é possível atingir os objetivos educacionais com o uso de
experimentos remotos e uma metodologia de ensino adequada, conforme quadro
abaixo:
Quadro 2: Descrição dos objetivos, metodologias e estratégias e as principais contribuições para o ensino dos
artigos com foco principal em aprendizagem (retirado de (Cardoso e Takahashi, 2011)).
Artigo 1 A Distance PLC Programming Course Employing a Remote Laboratory
Based on a Flexible Manufacturing Cell
Objetivos Aplicar o experimento remoto com uma metodologia de ensino baseada em
projetos e avaliar a aprendizagem e o laboratório remoto.
Metodologias e
estratégias
 Vinte e cinco estudantes voluntários participaram do trabalho e foram
divididos em dois grupos: o grupo presencial (14 alunos) e o grupo
remoto (11 alunos).
 Os fundamentos teóricos foram disponibilizados na plataforma de
ensino Moodle.
 Foi aplicado um questionário para a verificação dos conhecimentos
prévios dos alunos.
 Os alunos resolveram problemas relacionados ao experimento
remoto.
 A metodologia de ensino foi baseada em projetos de aprendizagem.
 Os alunos elaboraram um relatório documentando o projeto.
Contribuições para
a aprendizagem
A aplicação do experimento remoto foi avaliada de forma positiva. Os dois
grupos, presencial e remoto, conseguiram atingir os objetivos relacionados à
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aprendizagem. A comparação entre a aprendizagem dos dois grupos não
apresentou diferenças significativas. Os autores acreditam que as vantagens
Artigo 10 A Web-Based Remote Interactive Laboratory for Internetworking
Education
Objetivo Discutir os aspectos pedagógicos e técnicos que influenciam o design e a
implementação do ambiente de laboratório remoto.
Metodologias e
estratégias
 A metodologia de ensino empregada teve por base o construtivismo, a
aprendizagem colaborativa e técnicas de resolução de problemas.
 As atividades no laboratório remoto foram modeladas para
implementar as nove etapas de ensino propostas por Gagne (1987,
1992)
 Os alunos aprenderam os conceitos teóricos fundamentais em
palestras nas quais eram descritas as características funcionais e
físicas do experimento remoto.
 Os estudantes realizaram o experimento em grupos de 2 a 3 alunos.
Contribuições para
a aprendizagem
O laboratório remoto ajudou a alcançar os objetivos pedagógicos e
educacionais do programa. Os resultados da pesquisa também indicaram que
o laboratório remoto é mais fácil de usar e mais flexível do que o laboratório
presencial. No entanto, o laboratório online é menos acessível fisicamente e
menos interativo do que o presencial.
Artigo 11 An experience of teaching for learning by observation: Remote-controlled
experiments on electrical circuits
Objetivo Descrever uma metodologia que facilite a aprendizagem por observação com o
emprego de experimentos remotos.
Metodologias e
estratégias
 23 estudantes do ensino fundamental participaram do estudo.
 Os alunos foram divididos aleatoriamente em seis grupos. O professor
fez uso de um instrumento real para ilustrar o assunto-alvo. O
professor introduziu o uso do experimento remoto. Os alunos
realizaram atividades em grupo e individualmente e fizeram
discussões sobre os resultados. O trabalho foi finalizado com um
resumo do professor.
Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP
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 Métodos quantitativos e qualitativos foram adotados para coletar
dados sobre o potencial do laboratório remoto.
Contribuições para
a aprendizagem
Os resultados do estudo revelaram um potencial para maior promoção do uso
do laboratório remoto e que o uso do laboratório remoto ajudou os alunos a
aprofundar o conhecimento sobre o assunto-alvo. O professor observou que
seus alunos estavam muito envolvidos nas atividades porque eles ficaram
fascinados com o uso do experimento de controle remoto, que é uma
ferramenta totalmente inovadora de aprendizado para eles.
Artigo 20 Remote Laboratories for Optical Circuits
Objetivo Descrever o processo de concepção e implementação do laboratório remoto
assim como os métodos de ensino e avaliação.
Metodologias e
estratégias
 A metodologia foi aplicada a 16 alunos, que realizaram três
experimentos remotamente.
 A fundamentação teórica foi apresentada aos alunos em sala de aula.
 Os alunos participaram de seções de pré-laboratório, nas quais
assistiram simulações e vídeos de orientação em relação a cada
experimento.
 Após as seções de pré-laboratório os alunos realizaram o
experimento remoto.
 Para avaliar a aprendizagem, os alunos responderam um teste que
continha questões fundamentais.
Contribuições para
a aprendizagem
Os alunos foram muito bem-sucedidos e concluíram todas as seções do
experimento. As médias das notas foram muito altas. A maioria dos alunos se
sentiu confortável diante da interface com os experimentos.
Através deste quadro podia se perceber que era possível a adequação dos
laboratórios remotos com uma abordagem de ensino voltada para a investigação
científica, que se foca na aprendizagem significativa. Se feita de maneira rigorosa, no
aspecto metodológico, isso viria (como veio) a beneficiar, possibilitando o uso mais
apropriado deste recurso tecnológico, como nos espaços de investigação (Dikke et al,
2015); (Pedaste et al, 2015b); (Zacharia et al, 2015).
Ainda, para os artigos que tratavam da viabilidade dos laboratórios remotos,
estes focavam tanto o experimento quanto a aprendizagem. Com este aspecto em
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mente, os resultados mostravam que os experimentos remotos são viáveis, pois, além
dos estudantes aprovarem o uso dos laboratórios remotos, eles atingiram os objetivos
educacionais propostos, como de fato se sucede no uso dos laborat´rios remotos
europeus (de Jong et al, 2013) e (Zacharia, et al, 2015).
Dos 19 (dezenove) artigos em que se evidenciavam o enfoque na infraestrutura
poder-se-ia argumentar o fato de este ser um primeiro passo e de não ser uma tarefa
simples estruturar toda a questão arquitetural para visualização e acesso do
experimento remotamente. Isso implica no fato de que a maioria se preocupava em
evidenciar a questão estrutural, dado o fato de que ainda era um recurso recente em
termos de uso e assimilação. Porém, dentre estes 19 (dezenove), 13 (treze) aplicavam
e avaliavam os experimentos. Os resultados coletados por Cardoso e Takahashi
(2011) foram de extrema importância no que se refere a evidenciar a montagem do
experimento, mas também de erros e acertos no desenvolvimento dos laboratórios
remotos. Ainda hoje essa preocupação existe e diversas publicações tratam da
questão infraestrutural, justamente porque novas tecnologias e interfaces (como o
Node.js, que assimila as aplicações em java e facilita o uso em novas plataformas),
surgiram desde então (Hech, et al, 2016), além da possibilidade dos laboratórios
remotos acessados por smartphones (Lustig et al, 2015), (Bermudez, et al, 2015),
(Simão, et al, 2016).
Além destes levantamentos, Cardoso e Takahashi ainda analisavam outros
critérios, como o fato de se os artigos disponibilizavam materiais de apoio,
explicitavam metodologia de ensino, citavam utilização de instrutores, ou mesmo
aqueles artigos que não citavam nenhuma estratégia para desenvolvimento dos
experimentos. Dentre estes critérios, 7 artigos disponibilizavam materiais de apoio, 4
utilizavam metodologia de ensino, 8 utilizavam instrutores e 9 artigos não citavam
sequer uma estratégia.
Finalmente, em termos de eficácia em relação à aprendizagem, os laboratórios
remotos se mostravam tão eficiente quanto os laboratórios presenciais. O mesmo
pode ser notado hoje em dia (de Jong et al, 2013) e (Zacharia et al, 2015). Porém o
que era interessante notar, é que, de acordo com Cardoso e Takahashi (2011), ao
passo que alguns autores analisados em seus artigos apontavam o laboratório melhor,
outros, ao contrário, apontavam que o presencial era melhor, embora a diferença seja
pouca. De qualquer modo, conforme os autores explicitavam: “[...] a importância não
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  • 1. Defesa - Mestrado Proposta Para Uma Abordagem De Ambiente Remoto Para Estudo de Superposição de Cores Projeto de José Neres de Almeida Jr. Orientador: Prof. Dr. Hermes Renato Hildebrand TIDD – PUC-SP – Mestrado – Programa de Pós-Graduação TIDD São Paulo, 2014-2016
  • 2. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 2 Sumário Resumo Geral .........................................................................................................................4 Esquema Geral do Projeto ..................................................................................................5 CAPÍTULO I – Contextualização e Fundamentação.................................................. 14 1 Tema: Laboratório Remoto e o Ensino de Física Moderna.............................. 14 2 Problema: Dificuldades práticas - das simulações no ensino de física ao laboratório remoto.............................................................................................................. 14 3 Estado da Arte.............................................................................................................. 17 4 Justificativa................................................................................................................... 40 5 Objetivos da Pesquisa ............................................................................................... 42 5.1 Objetivos Específicos ......................................................................................... 43 6 Hipótese: Estratégias para adequação de laboratório remoto como instrumento de utilização complementar a aulas presenciais ............................... 43 7 Fundamentação Teórica............................................................................................ 48 7.1 Introdução.............................................................................................................. 48 7.2 WebLab................................................................................................................... 49 7.2.1 Arduino No WebLab ............................................................................................ 51 7.2.2 O Que o Webduino traz de novo.......................................................................... 52 7.3 Procedimentos...................................................................................................... 53 7.3.1 Introdução ........................................................................................................... 54 7.3.2 Descrição do WebLab-Deusto ............................................................................. 54 7.3.3 Coleta de Dados .................................................................................................. 61 7.3.4 Segurança ........................................................................................................... 62 CAPÍTULO II - Desenvolvimento ..................................................................................... 63 8 Metodologia................................................................................................................... 63 9 Protótipo - Procedimentos e Desenvolvimento .................................................. 74 9.1 Introdução.............................................................................................................. 74 9.2 Contexto da Espectrofotometria no Ensino de Física Moderna ............. 76 10 Experimento de Espectrofotômetro Remoto Automatizado........................ 78 10.1 Espectrofotômetros e seu Princípio de Funcionamento....................... 79 10.2 Procedimentos de Construção..................................................................... 84 10.2.1 Ajuste Ótico: Montagem do Trilho Emborrachado .............................................. 85 10.2.2 Montagem dos Circuitos (Sensor Detector de Cor TCS34725, Motor de Passo).. 86 10.2.2.1. Motor de passo e controle no sentido de rotação.............................................. 86 10.2.2.2. Sensores: .....................................................................................................101 10.2.2.2.1. Módulo Sensor Detector de Cores (TCS34725).......................................101 10.2.2.2.2. Sensor Infra-Vermelho............................................................................102 10.2.3. Procedimentos de medição do comprimento de onda:......................................115 10.2.3.1. Espectro projetado por difração......................................................................115 10.3. Experimento Remoto.....................................................................................117 10.3.1. Coleta dos Dados de Intensidade Luminosa e Comprimento de Onda: .............118 10.3.1.1. Saída Serial para a Internet ...........................................................................118 10.3.1.2. Interface de Controle Remoto ........................................................................119 10.3.1.2.1. Descrição da Interface............................................................................119 10.3.1.3. Visualização do experimento pela WebCam ...................................................120
  • 3. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 3 10.4. Ambiente Virtual de Aprendizagem...........................................................122 10.4.1. Conceitos, Teoria e Aplicabilidade .....................................................................122 10.4.1.1. O Moodle......................................................................................................126 10.4.2. Ambientes Virtuais e Ensino de Física ...............................................................129 11. Resultados...............................................................................................................132 11.1. Realização Do Experimento Remotamente .............................................135 11.2. Página do Experimento: montagem, visual e controle ........................136 11.2.1. Página “Sobre o Experimento”...........................................................................137 11.2.2. Página “Resultados” ..........................................................................................137 11.2.3. Página Tabelas...................................................................................................138 11.2.4. Páginas “Teoria” e “Referências” ......................................................................139 11.2.5. Pagina “Simuladores” ........................................................................................140 11.2.6. Página do Blog do Experimento.........................................................................141 11.2.7. Página Faça você mesmo...................................................................................141 11.2.8. Configurações Finais .........................................................................................142 CAPÍTULO III – Análises, Conclusões Parciais e Próximas Etapas ...................144 12. Análises Possíveis e Testes Futuros ...............................................................144 12.1. Usabilidade Do Ambiente Virtual De Aprendizagem ............................144 12.1.1. Análise do Tempo de Latência ...........................................................................144 12.1.2. Interação Aluno-Interface ...................................................................................145 13. Conclusões e Próximas Etapas.........................................................................150 13.1. Considerações Finais....................................................................................150 13.2. Considerações dos Resultados Parciais .................................................151 13.3. Próximas Etapas.............................................................................................152 Referências Bibliográficas .............................................................................................153 ANEXO.................................................................................................................................157 ANEXO 1..........................................................................................................................157 Interface de Controle Remoto: Programação para a Interface de Controle Remoto ..........157 ANEXO 2..........................................................................................................................166 ANEXO 3..........................................................................................................................168 Programação no Arduino ..................................................................................................168
  • 4. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 4 Uma Proposta de Desenvolvimento de um Protótipo de Laboratório Remoto aplicado ao Ensino de Física Moderna Mestrando: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 Orientador: Hermes Renato Hildebrand Resumo Geral Este trabalho visa apresentar o projeto educacional Webduino e suas características, dentro do contexto do uso de um Laboratório Remoto aplicado ao ensino de Física, ou seja, um laboratório de sensoriamento remoto que se desenvolve na PUC/SP, focado, portanto, no ensino de conteúdos de Física. Para tanto, este estudo, e a implementação do experimento, foram realizados com uma abordagem de construção de protótipo, com base na ideia da metodologia de desenvolvimento, ressaltada por Van den Ayken, visando uma implementação inicial e verificação, com testes de funcionalidade e adequação a possíveis necessidades de usuários, para utilização em projeto futuro do Laboratório Remoto e verificação de possíveis melhorias na aprendizagem de alunos, complementando o ensino ministrado por professores, em escolas. Além disso a metodologia por trás do ambiente em que o laboratório remoto se encontra se caracteriza por uma metodologia baseada em investigação (Dikke et al, 2015); (de Jong et al, 2013); (Zacharia et al, 2015), com os conteúdos do ambiente remoto se orientando para uma ideia que guie o usuário para a compreensão do tema, via método científico (conceitualização, teoria, hipótese, experimento, conclusão). Sendo assim, inicialmente foram realizadas pesquisas de levantamento do estado da arte e foi realizado o levantamento da fundamentação teórica do tema proposto, e frente as necessidades atuais, procedeu-se à montagem do protótipo do experimento, bem como a adaptação da estrutura de arquitetura de rede criada para a adequação do laboratório com acesso remoto, dentro de um ambiente que seja condizente com as necessidades do experimento e metodologia utilizada, visando uma aprendizagem significativa do usuário, com relação a tópicos de Física, principalmente no que se refere ao estudo das cores, para este experimento, bem como à possíveis necessidade pedagógicas dos profissionais da área, esta última ainda em remodelação. Ainda, no ambiente elaborado, o laboratório remoto pretende desenvolver recursos didáticos que permitam utilizar a placa Arduino aplicada ao Ensino de Ciências, em particular no Ensino de Física, em nível Médio e Superior (seja em Licenciaturas, seja em Educação Continuada de Professores). A plataforma de desenvolvimento selecionada para gerenciar os experimentos é o WebLab-Deusto, por sua inteligibilidade, funcionalidade e segurança. Devido às questões estruturais de um Laboratório Remoto, e como apontado na literatura pesquisada (Lima et. al., 2013), (Silva, 2007), (Neto, 2012), também é necessário que a plataforma de desenvolvimento e acionamento do experimento esteja inserida no ambiente remoto do experimento, conforme parâmetros que possibilitem ao usuário a aprendizagem dos conceitos físicos trabalhados e das experiências que ele venha a controlar e coletar os dados para posterior análise. Para tanto, foi reelaborado e readaptado, além do experimento que especifica o laboratório remoto, o ambiente para contemplar as necessidades pedagógicas e educacionais para o ensino e a aprendizagem dos conceitos físicos da experiência que o usuário realiza. PALAVRAS-CHAVE: Arduino, Weblab-Deusto, Laboratório Remoto, Ensino de Física, Ambiente Virtual de Aprendizagem, Física Moderna.
  • 5. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 5 Esquema Geral do Projeto Frente às necessidades enfrentadas pelas escolas e por alunos em serem apresentados a conteúdos de Física, de uma forma que possibilite ser atraente ao mesmo tempo em que seja significativa para a aprendizagem de quem a estuda, este projeto visa o uso de experimentação remota de conteúdos de Física Moderna, através de uma interface de controle remoto associado a um experimento físico real, de modo que o usuário possa investigar os fenômenos decorrentes do experimento real. Com a possibilidade de a interface do experimento estar inserida dentro de um contexto de ambiente virtual e aprendizagem, acrescenta-se ao experimento a ênfase de seu uso voltado ao aspecto educacional, com enfoque em simulações, textos, imagens e outros conteúdos, mais informais, que possibilitem o enfoque da aprendizagem destes conteúdos da Física Moderna, não somente através do experimento remoto. Para que isso aconteça, este projeto está dividido em Três partes, a citar: Capítulo 1: Contextualização e Fundamentação, o qual trata do contexto da questão dos conteúdos de Física, bem como do uso de laboratórios (reais, virtuais e remotos) na educação, além da justificativa e objetivos deste projeto. Além destes tópicos, neste capítulo são tratadas as metodologias utilizadas para a confecção do argumento teórico e prático da experimentação remota. No Capítulo 2: Desenvolvimento, tratam- se os desenvolvimentos instrumentais e teóricos para a realização da montagem do protótipo bem como resultados coletados até o momento, além da ideia de confecção e as etapas para a realização do ambiente virtual de aprendizagem, mais voltado a uma aprendizagem informal dos conceitos de Física Moderna, além do experimento de espectrofotometria em si; finalmente, o Capítulo 3: Análises e Conclusões trata das discussões teóricas e práticas, desde a idealização de um espectrômetro, passando por questões do contexto da Física Moderna e a Educação até o que é necessário para a montagem, culminando nas análises dos resultados e o que podem servir ao propósito de apoiar o ensino de Física aliado a instrumentalização e visualização remota, dentro dos quais se insere em um contexto interativo, o ambiente de aprendizagem. Para cada um destes capítulos foram subdivididas seções que especificam cada um dos tópicos necessários para uma boa compreensão do contexto, dos objetivos,
  • 6. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 6 da justificativa e da metodologia, além dos procedimentos utilizados na confecção tanto do trabalho experimental, quanto da parte teórica e conceitual envolvidas na montagem deste protótipo de experimentação remota em Física Moderna. A seguir um breve resumo de cada um dos itens relacionados aos respectivos capítulos: Resumo Geral Trata do resumo geral do projeto, as justificativas que levam o autor a realizar este projeto, as hipóteses do mesmo, seus objetivos, descrição de algumas das metodologias, resultados parciais e o que se conclui até o momento. CAPÍTULO I - Contextualização e Fundamentação 1. Tema: Laboratório Remoto e o Ensino de Física Moderna Aqui se descreve o tema do projeto, a montagem de um protótipo e das arquiteturas necessárias para o desenvolvimento de um laboratório remoto comocomplementação,para aulas presenciais, e auxílio à abordagem de tópicos de Física Moderna, seja experimental, seja teórica. Trata-se, para tanto, das questões teóricas e do contexto do desenvolvimento de laboratórios remotos, bem como do ambiente de aprendizagem no qual será inserido o laboratório, e possíveis testes futuros, para validação em aplicações ligadas ao ensino de Física. 2. Problema: As dificuldades práticas: das simulações no ensino de física ao laboratório remoto. Frente ao tema proposto, neste item são discutidas as problemáticas do ensino de Física, seucontexto em ambiente nacional, os problemas relacionados a falta de significado de determinados assuntos para a vivência do aluno, e como solução a esta questão discorre-se das possibilidades atualmente utilizadas, começando pela simulação/simuladores aplicados ao ensino de Física, tanto para as vantagens quanto desvantagens, passando pelos laboratórios aplicados como possibilidade de tratamento de assuntos mais práticos ao ensino de Física, discorrendo-se da forma como são utilizados, incorrendo-se nos mesmos problemas de aulas tradicionais. Frente a isso, argumenta-se da possibilidade de laboratórios remotos comocomplementaçãoàs aulas práticas, de modo a torna-las mais significativas e interessantes. Levanta-se, porém, o fato de não se utilizar estes laboratórios remotos da mesma forma como vem sendo ministradas as aulas, a fim
  • 7. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 7 de nãos e voltar ao mesmo problema. Com isso torna-se interessante a utilização de ambientes virtuais de aprendizagem, nos quais serão inseridos os laboratórios remotos, de modo a tornar a aprendizagem dos conteúdos de Física Moderna mais informais e interessantes ao usuário que vier a utilizá-lo. 3. Estado da Arte A partir das problemáticas levantadas demonstra-se neste item o estado da arte relacionado ao uso de laboratórios remotos no ensino de Física, ou seja, o que vem sendo feito hoje em dia e de que forma os laboratórios são utilizados. Além disso, apontam-se que, pelos relatos de pesquisa, como o acesso remoto a experimentos reais pode incrementar o processo de ensino e aprendizagem de Física e de que forma isso pode ser feito. Evidencia-se que a Experimentação Remota associada ao ensino de ciências, no Brasil e no mundo, ainda é um campomuito novo e pouco explorado, de modo que as consequentes e eventuais limitações na utilização desta ferramenta de ensino devem ser estudadas de forma aprofundada, ou seja, deve-se estabelecer uma metodologia adequada, a fim de se suprir as necessidades de uma aula prática. Assim, uma solução passível de se considerar é a de que os laboratórios online, reais ou virtuais, necessitam de um ambiente de aprendizagem completo, que ofereça ao aluno apoio para a realização das experiências, a fim de se atribuir uma aprendizagem significativa ao qual o usuário consiga interagir e visualizar, coletando dados e analisando- os, assimilando assim a teoria acerca do experimento. Para tanto, argumenta-se que o ambiente de aprendizagem deve conter material de apoio, (hipertextos contendo fundamentação teórica, conceitos, metodologia de relatório (exemplos), com a experimentação remota se embasando em uma metodologia própria, devidamente elaborada, da mesma forma que uma aula prática presencial também necessita de uma metodologia específica baseada em teorias de ensino-aprendizagem, para que afinal, nãos e volte aos mesmo problemas atualmente enfrentados, de modo a tornar ao usuário uma experiência de aprendizagem que seja rica para sua vivência e com significado, de modo que este usuário assimile os conceitos, adequando-os à sua experiência. Neste item, finalmente, através dos relatos dos autores lidos, sugere-se que os Laboratórios de Experimentação Remota surgem como algo novo e promissor, com tendência de se tornarem instrumentos de experimentação muito eficientes, precisando, porém de uma quantidade maior de pesquisas sistemáticas sobre suas reais potencialidades, particularmente, na aprendizagem significativa em Física. Para que se possa utilizar as experiências remotas não somente como curiosidade pelo acesso, mas
  • 8. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 8 como um instrumento, um recurso eficiente para tornar a aprendizagem de conceitos de Física Moderna mais reais aos usuários, e não algo desinteressante e sem significado. 4. Justificativa No item de justificativa, como complementação aos itens de contextualização (problemática) e de estado da arte, formaliza-se o argumento das vantagens associadas ao uso da experimentação remota dentro de um ambiente virtual e aprendizagem bem estruturado e que vise a uma aprendizagem significativa, desassociando a visão de disciplina sem significado e difícil. Coloca-seaqui a possibilidade de uso da experimentação remota dentro do ambiente de aprendizagem, tanto para o usuário aluno quanto para professores, além de futuras iniciativas associando a experimentação remota com cursos de engenharia, como em conteúdos associados a automação e eletrônica, e não somente no curso de Física, com a Física Moderna em si, já que nos cursos de engenharia a Física Moderna serve de referência teórica. 5. Objetivos da Pesquisa e Objetivos Específicos Em resumo, são descritos os objetivos do projeto que tangenciam os procedimentos realizados, no sentido de dar uma finalidade e propósito ao argumento de se construir um experimento que possa ser acionado remotamente. 6. Hipótese: Aqui são apresentadas as hipóteses para se considerar o desenvolvimento deste projeto, principalmente no que se refere às estratégias para adequação de laboratório remoto como instrumento de utilização complementar a aulas presenciais, apresentando o posicionamento de autores que trabalharam no assunto e os resultados que chegaram permitindo a análise da situação atual e possibilidades do que se pode fazer, resultando na adequação dos laboratórios remotos comorecurso a aprendizagem de conteúdos de Física Moderna sob um aspecto mais significativo e atraente ao usuário. 7. Fundamentação Teórica Subdividido nos itens Introdução, WebLab (o qual se divide em “Arduino No WebLab” e em “O Que o Webduino traz de novo”) e Procedimentos (dividido em “Introdução”, “Descrição do WebLab-Deusto”, “Coleta de Dados” e em “Segurança”), este tópico abrange a teoria que cerca a arquitetura cliente-servidor por trás da platarforma de interação e acesso remoto, baseada na interface existente da Universidade de Deusto;
  • 9. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 9 fundamenta também o porquê de se usar a plataforma de hardware Arduino associadocom um WebLab, para uso educacional, a fim de se disponibilizar conteúdos científicos, bem como poder acionar os experimentos que contém estes conceitos. Descreve-se aqui os procedimentos para a montagem da arquitetura de software, a ideia de criação da plataforma de acesso remoto junto com o Arduino, a contextualização de se usar novas ferramentas tecnológicas em associação com os conteúdos educacionais e científicos, a fim se possibilitar a formação e informação do usuário, para atrair que usar para a descoberta de novos conhecimentos científicos; são detalhadas também as facilidades de acesso e possibilidades de interação do usuário com a interface, além de se estar em um ambiente seguro e com coleta de dados em tempo real. CAPÍTULO II – Desenvolvimento 8. Metodologia No item de metodologia descrevemos as etapas, desde a contextualização e fundamentação teórica (tanto em questão do que é e para que se é utilizado um laboratório remoto, passando por aplicações), até a questão da descrição da montagem do protótipo, (desde a conceituação e definição de componentes e posições,até discussões de prováveis usos futuros do projeto). São descritas neste item as fundamentações metodológicas da pesquisa, no sentido de se utilizar de uma abordagem de pesquisa de desenvolvimento (ou metodologia de desenvolvimento) concomitante a construção de um protótipo, para posterior uso em aplicações educacionais, com vistas a possibilidade de implementação em escolas de ensino médio, com os testes a serem realizados em posterior projeto. Neste tópicos são elencadas as etapas do projeto, desde as pesquisas de levantamento do estado da arte, levantamento da fundamentação teórica do tema proposto, e frente às necessidades atuais, procedendo-se à montagem do protótipo do experimento, e estruturação da arquitetura de rede necessária para a adequação do laboratório com acesso remoto, dentro de um ambiente de aprendizagem que seja condizente com as necessidades educacionais do usuário, com relação a tópicos de Física Moderna, bem comoà possíveis necessidadepedagógicas dos profissionais da área. No casodo ambiente virtual, este está em etapa de conceituação e estruturação. E a fim de se referenciar a metodologia implementada são descritos autores que relatam sobre as vantagens de uso do laboratório remoto (Nedic, 2003), analisando-se os usos que se tem atualmente através de revisão do estado da arte atual (Cardoso e
  • 10. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 10 Takahashi, 2011), e que, com base nas conclusões coletadas pelos autores, abre-se um campo de possibilidades e de experimentações, as quais devem ser melhor trabalhadas, visando as potencialidades que advém de uma maior sistematização. Frente a este quadro, em termos metodológicos, verificou-se, para esta etapa do projeto, antes da implementação do protótipo e verificação em ambiente educacional, a linha que melhor se enquadra é a de um modelo metodológico misto muito divulgado no domínio da Tecnologia Educativa e que, na literatura, se designa por metodologia de desenvolvimento (VAN DENAKKEN, 1999), a qual, utiliza, para a coleta e análise de dados, instrumentos e técnicas tanto das abordagens quantitativas quanto qualitativas. Ainda, Coutinho e Chaves (2001) sintetizam que as características básicas deste modelo metodológico deve prezar que o fim último da pesquisa não é testar a teoria mas resolver problemas práticos dos professores, ou de usuários; remete que a busca de uma solução para o problema passa pela concepção de uma solução “protótipo” que deve ser fundamentada desde um ponto de vista teórico e prático (ouvidos os profissionais no terreno) e articulada com objetivos de aprendizagem; e com base nesta solução protótipo, deve-se testar, avaliar e refinar o processo, num processo interativo, da solução protótipo concebida, o que implica colaboração permanente entre investigadores, professores, tecnólogos, usuários. Tendo a metodologia a ser empregada, com relação a elaboração, desenvolvimento e avaliação de um protótipo, o passo seguinte foi a escolha do laboratório remoto a utilizar como referência, base para o desenvolvimento do próprio laboratório remoto, inserido em um ambiente virtual de aprendizagem. Diante disso, estamos desenvolvendo nosso próprio laboratório remoto de Física, com foco no ensino de Física, ambientado na Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP), com base na investigação dos recursos e vantagens do laboratório remoto da Universidade Federal de Santa Catarina – Campus Araranguape, o RexLab (SILVA, 2006), além da interface de uso do WebLabDeusto (UNIVERSIDADE DE DEUSTO, 2015), para a criação do ambiente virtual. Com base nestes laboratórios, procuramos mesclar características e introduzir outras, principalmente no que se refere ao aspecto pedagógico e conceitual de tópicos de Física Moderna, desde a concepção teórica dos experimentos até questões de aplicações tecnológicas relacionadas ao tema trabalhado no experimento remoto, que podem favorecer uma melhor aprendizagem. 9. Protótipo - Procedimentos e Desenvolvimento
  • 11. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 11 Aqui se descrevem os procedimentos da montagem do protótipo do experimento real, bem como os procedimentos do experimento remoto (para acesso e controle pela interface colocada dentro do ambiente virtual de aprendizagem, o qual tem seus procedimentos ainda em fase de montagem). São subdivididos em três frentes: uma introdução, considerando como início a metodologia de desenvolvimento descrita anteriormente e com base nas etapas de desenvolvimento, é feita uma breve descriçãodas etapas do nosso desenvolvimento dos procedimentos do protótipo (da estrutura física e da virtual), a segunda parte, mais referencial teórica, para as considerações de um experimento de espectrometria, contidos nos itens “Contexto da Espectrofotometria no Ensino de Física Moderna”, em que se conceitua a importância da Física Moderna, problemas enfrentados no ensino da mesma, e como proposta o uso de laboratórios com recursos, e em particular o laboratório remoto, dentro de uma proposta de ambiente de aprendizagem. Frente às características do laboratório remoto, e suas vantagens, segue- se ao subitem “Experimento de Espectrofotômetro Remoto Automatizado” e “Espectrofotômetros e seu Princípio de Funcionamento”, nos quais são desenvolvidos a ideia de se aplicar o experimento remoto com o experimento de espectrofotometria/espectrometria.Seguindo, a terceira frente é a parte mais prática, dentro da qual são descritos os procedimentos, programações e metodologias de montagem tanto do experimento real, quanto das interfaces de controle remoto e de adequação ao ambiente virtual. Estas considerações estão separadas nos seguintes itens: (acesso remoto do experimento) “Interfaces”, “Visualização do Experimento” e “Interface de Controle Remoto para acionamento da lâmpada de LED”; (descrições do ambiente virtual) “Construção do Ambiente Virtual de Aprendizagem”; (testes de funcionamento) “Teste de Funcionamento da Programação do Arduino”, “Teste de Funcionamento da Programação de Acionamento da Lâmpada de LED” e “Teste de Acionamento do Experimento e Coleta de Dados”. 10. Experimento de Espectrofotômetro Remoto Automatizado Este capítulo descreve as etapas de construção tanto do experimento físico, até as coletas dos dados (seja da composição de cores, seja dos dados de irradiância por comprimento de onda), quanto do experimento remoto (desde as etapas conceituais do ambiente virtual, quanto da montagem das páginas de acesso remoto – e a descrição de como se dá o acesso remoto - e propriamente do ambiente virtual). Este capítulo é dividido em tais partes: 10.1 Espectrofotômetros e seu Princípio de Funcionamento
  • 12. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 12 10.2 Procedimentos de Construção: foram subdivididos em 10.2.1 Ajuste Ótico: Montagem do Trilho Emborrachado, 10.2.2 Montagem dos Circuitos (Sensor Detector de Cor TCS34725, Motor de Passo), subdividido em 10.2.2.1 Motor de passo e controle no sentido de rotação; 10.2.2.2. Sensores (subdivididos em 10.2.2.2.1. Módulo Sensor Detector de Cores (TCS34725), 10.2.2.2.2. Sensor Infra-Vermelho), 10.2.3 Procedimentos de medição do comprimento de onda (subdivivido em 10.2.3.1. Espectro projetado por difração); . 10.3. Experimento Remoto, dividido em 10.3.1. Coleta dos Dados de Intensidade Luminosa e Comprimento de Onda, (subdividido em 10.3.1.1. Saída Serial para a Internet, 10.3.1.2. Interface de Controle Remoto, (sendo 10.3.1.2.1. Descrição da Interface) e 10.3.1.3. Visualização do experimento pela WebCam); 10.4. Ambiente Virtual de Aprendizagem (dividido em 10.4.1. Conceitos, Teoria e Aplicabilidade, 10.4.1.1. O Moodle e 10.4.2. Ambientes Virtuais e Ensino de Física) 11. Resultados Comoos resultados estão sendo coletos,e estamos em fase de testes da montagem para adequação ao ambiente virtual, o qual, por sua vez, também está sendo readequado às necessidades pedagógicas (possíveis) futuras, neste item, provisoriamente, disponibilizamos as imagens das páginas do experimento, no que se refere ao aspecto visual, descrição das montagens e da interface de controle para acesso ao experimento, com visualização do mesmo. Além de comentar brevemente sobre a necessidade de cada página, sua função no experimento e comentar também sobre a necessidade da descrição do experimento e de objetos educacionais que venham a possibilitar uma melhoria na aprendizagem, de forma a torna-la mais significativa e que o usuário possa por si descobrir novos conceitos, experiências e aplicações. Esta subdividido nas seguintes partes: 11.1. Realização do Experimento e 11.2. Página do Experimento: montagem, visual e controle. Este item (11.2.), por sua vez, se subdivide nos itens a respeito da montagem das páginas, ou seja, em: 11.2.1. Página “Sobre o Experimento”, 11.2.2. Página “Resultados”, 11.2.3. Página Tabelas, 11.2.4. Páginas “Teoria” e “Referências”, 11.2.5. Pagina “Simuladores”, 11.2.6. Página do Blog do Experimento, 11.2.7. Página Faça você mesmo, 11.2.8. Configurações Finais. CAPÍTULO III – Conclusões Parciais e Próximas Etapas
  • 13. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 13 12. Análises Possíveis e Testes futuros Este item trata a respeito das análises possíveis a serem realizadas a partir dos resultados que esperamos realizar. Obviamente, dependendo dos resultados a serem encontrados podem surgir novas análises. Contudo, mesmo com resultados inesperados este item é importante pois fundamenta a análise a ser realizada e os testes que devemos implementar para verificação da usabilidade do sistema e de como se dá a interação do aluno com a interface, bem como quais problemas podem eventualmente surgirem e de que forma poderemos contornar. Este item se divide em mais um tópico, 12.1. Usabilidade Do Ambiente Virtual De Aprendizagem, que, como o próprio título explica, trata de como se dá a usabilidade do sistema e de que forma poderemos investiga-la e testá-la. Este tópico, por sua vez, se subdivide em outros dois (12.1.1. Análise do Tempo de Latência e 12.1.2. Interação Aluno-Interface) que tratam dos testes a serem realizados, com base em tarefas a serem implementadas, com base no que foi discutido na literatura a respeito, como se encontra em (TAKAHASHI, 2014). 13. Conclusões e Próximas Etapas Neste item são levantadas considerações finais, parciais, do projeto até esse momento, o que fizemos e o que pretendemos fazer, bem como no que ele pode vir a auxiliar, tanto por sua característica quando pelo aspecto inovador e dinâmico. São consideradas e retomadas as ideias iniciais a partir das quais são descritos os procedimentos das etapas desenvolvidas até o momento e o que se obteve a partir delas, pela qual são descritas as próximas etapas, resumidamente, as etapas de construção e ambiente virtual e aprendizagem e melhoria da interface de controle e visualização do experimento. Este item é subdividido em 13.1. Considerações Finais, 13.2 Considerações dos Resultados Parciais e 13.3. Próximas Etapas.
  • 14. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 14 CAPÍTULO I – Contextualização e Fundamentação 1 Tema: Laboratório Remoto e o Ensino de Física Moderna O tema do trabalho em questão é a montagem de um protótipo e adequação da estrutura das arquiteturas necessárias para o desenvolvimento de um laboratório remoto como complementação, para aulas presenciais, e auxílio à abordagem de tópicos de Física, mais precisamente para o estudo de cores, seja experimental, seja teórica. Para tratar a questão, é necessário se compreender primeiramente o que é um laboratório remoto, também denominado WebLab. O objetivo de um laboratório remoto é possibilitar a realização e controle em tempo real de experimentos, usando como meio a internet. Esse ambiente, já readequado, tanto pratica, quanto teoricamente, deverá ser testado em suas funções e futuramente validado em aplicações ligadas ao ensino de Física. 2 Problema: Dificuldades práticas - das simulações no ensino de física ao laboratório remoto. Os resultados da aprendizagem do aluno (CLOUGH, 2002) podem ser impactadas pelas práticas experimentais, e pela forma como ela é conduzida em sala de aula; isto é, as práticas experimentais em sala de aula somente terá um impacto maior, desde que não se recaia nos problemas das aulas expositivas tradicionais, com giz e lousa, que pouco estimula a criatividade e o envolvimento dos aprendizes (SIEVERS, 2012). Dentro desta perspectiva, os laboratórios são utilizados para fornecer uma prova de que os princípios teóricos podem ser demonstrados na prática. Quando usado adequadamente, eles podem entusiasmar motivar e inspirar estudantes. Para tanto, um laboratório de ensino requer compromissos de tempo, de espaço e de financiamento para aquisição, instalação e manutenção de equipamentos e, em seguida acomodações para os alunos. Por outro lado, uma das questões de uso do laboratório de ensino é o espaço físico, o qual é determinante para realização de cortes para limitação do número de vagas nas escolas. Sendo assim, é possível propor uma solução ao problema através da utilização de tecnologia para aumentar
  • 15. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 15 os recursos didáticos. Mas como aplicar o uso da tecnologia como forma de investigação dos conceitos trabalhados em um laboratório de ensino, presencial? Uma possibilidade seria o uso de simulações, já que permitem a interação com modelos que representam o comportamento de processos e experimentos nem sempre visíveis a olho nu, dependendo do modelo teórico utilizado, além de ser possível a alteração de parâmetros na simulação, permitindo a comparação do comportamento representado em relação ao comportamento do fenômeno no mundo real. Em relação a função da simulação, para Studart (2010), A principal função da simulação consiste em ser uma efetiva ferramenta de aprendizagem, fortalecendo bons currículos e os esforços de bons professores. A finalidade de uso pedagógico da simulação pode ajudar a introduzir um novo tópico, construir conceitos ou competências, reforçar ideias ou fornecer reflexão e revisão final (STUDART, 2010, p.29). Em contrapartida, caso não se reflita na adequação da simulação ao experimento real, pode-se induzir o aluno a pensar que a simulação represente a realidade, o que se configura como um erro de conceito, já que a simulação, por mais atraente que seja, é uma representação de um modelo matemático, o qual por sua vez, descreve um modelo físico, ou seja, uma interpretação da realidade. É preciso ter-se em mente que o ponto de partida de toda simulação é a imitação de aspectos específicos da realidade, isto significando que, por mais atraente que uma simulação possa parecer, ela estará sempre seguindo um modelo matemático desenvolvido para descrever a natureza, e este modelo poderá ser uma boa imitação ou, por outras vezes, um autêntico absurdo. Uma simulação pode tão somente imitar determinados aspectos da realidade, mas nunca a sua total complexidade. Uma simulação, por isso, nunca pode provar coisa alguma. O experimento real será sempre o último juiz. (MEDEIROS e MEDEIROS, 2002, p. 83). Também por isso, por ser uma representação da realidade, muitas simulações não incluem fatores práticos dos próprios experimentos, como as fontes de incertezas e erros, os quais alteram o resultado real. Dependendo do tipo de experiência, os tipos de erros se analisados poderiam contribuir a uma análise mais rica do próprio fenômeno, além da descoberta de outras relações entre o experimento em si e outras propriedades, submetendo o aluno a um mundo onde poderá encontrar perturbações nos sistemas estudados ou erros de aferição dos equipamentos. Por isso, segundo Hanson (2009) objetos de aprendizagem virtuais, que simulam situações reais através de dados pré-gravados, tem recebido críticas dos alunos e educadores. Com isso, algumas simulações apresentam o mesmo resultado, pois não incluem o erro experimental, que pode ser ocasionado pela calibração dos equipamentos.
  • 16. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 16 Em um Congresso sobre ensino e internet (INTER-UNIVERSITY, 2008), os desenvolvedores de simulações, concordaram sobre as dificuldades de criar um programa de computador para simular um processo de forma realista. Outra forma de se utilizar a tecnologia é utilizando experimentos apenas com hardware. Nesta direção, uma abordagem alternativa é fornecer laboratórios de acesso remoto, alternativa que vem apresentando uso cada vez mais crescente no exterior, pela crescente disponibilidade e capacidade dos computadores pessoais, como é o caso (apud SIEVERS JUNIOR et al, 2012 p.2): do uso de laboratórios remotos em ciências ambientais e ecológicos (KREHBIEL, 2003), mas são encontrados principalmente nos departamento de engenharia, por exemplo química (SELMER, 2007), elétrica (LANG, 2007) e (LOWE, 2009) e mecânica (WEIGHTMAN, 2007), além de física (HANSON, 2009). O que atrai também ao uso do laboratório remoto é a possibilidade de acesso via internet ao experimento real, de modo que as fontes de incerteza possam ser investigadas; além da possibilidade de se utilizar a experiência real acessada remotamente junto a simulações/objetos de aprendizagem, que possam descrever o modelo utilizado, como uma ferramenta pedagógica, com possibilidade de análises mais ricas e comparativas. A tecnologia do laboratório com acesso remoto, também denominado WebLab, está sendo desenvolvida em um número crescente de instituições de ensino superior e está ramificando para outras disciplinas e para outros níveis de ensino (apud SIEVERS JUNIOR et al, 2012, p. 2): No Brasil podemos encontrar alguns laboratórios como (KYATERA, 2008), e um laboratório para prática remota de aulas Laboratoriais de Física (SILVA, 2007). Muitos laboratórios remotos são acessados por qualquer navegador convencional (WEIGHTMAN, 2007), esses recursos proporcionam oportunidades à instituições de todo o mundo para acesso ao equipamento experimental. Alguns usuários e pequenos grupos estão se formando e deram provas do sucesso da colaboração e compartilhamento de recursos sobre limites internacionais (GARCÍA-ZUBÍA et al, 2012, p. 230). Existe um grande potencial para colaboração e compartilhamento de recursos em escala nacional e internacional. Entretanto, antes dos laboratórios remotos poderem atingir o seu real potencial, várias questões logísticas fundamentais continuam a exigir, tais como: Como as instalações serão financiadas e mantidas? Quem terá acesso e quando? Mais debates
  • 17. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 17 são necessários para resolver essas questões e chegar a um consenso sobre os pontos fortes e fracos dos laboratórios remotos e seu lugar no currículo, além de discussões acerca da possibilidade de se utilizar com complemento de simulações e como complemento a aulas presenciais. Além destas discussões, há controvérsias em cursos sobre a eficácia dos laboratórios remotos em entregar resultados de aprendizagem, e seus efeitos globais sobre a experiência dos alunos. A maioria dos exemplos de laboratórios remotos hoje são apenas versões remotas dos laboratórios tradicionais e alguns pesquisadores fazem comparações diretas entre os resultados da aprendizagem com os laboratórios tradicionais versus laboratórios remotos. Fato este que evidencia apenas uma transferência da aula expositiva para uma aula laboratorial a distância, o que apenas continua com o problema. Nesse sentido, nosso objetivo, aqui, é começar a investigar de que forma pode se propor a adequação de um laboratório remoto junto a aulas presenciais, no que se diz respeito a conteúdos de Física, como por exemplo o estudo dos padrões de cores, um tema que desperta interessa não apenas da Física mas também de áreas da Biologia, Fotografia, Fisiologia, entre outras, e que pode ser utilizada dentro de uma temática interdisciplinar que venha a despertar um interesse mais significativo aos estudantes. Além disso, e por consequência nosso objetivo também se desmembra para quais interfaces podem ser melhor elaboradas e utilizadas junto ao ambiente no qual o laboratório remoto esteja inserido, visando ao usuário (seja professor ou aluno) desfrutar dos recursos existentes, os trabalhando de forma em que se possa aprofundar a compreensão dos assuntos tratados. 3 Estado da Arte No capítulo de problematização, abordamos o contexto dos laboratórios e mais adiante (no item “Justificativa”) será analisado a escolha e o porquê do uso do laboratório remoto para os propósitos do projeto, bem como, aqui se inicia a abordagem de como está a situação e o usos dos mesmos. Para continuar essa abordagem, analisemos as questões principais levantadas em Vozniuk et al (2015) e Rodríguez-Triana et al (2015), que expressam, respectivamente, as necessidades e características do uso de aplicativos que acessem laboratórios remotos sob uma perspectiva de aprendizagem híbrida, e uma
  • 18. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 18 análise das necessidades dos ambientes remotos sob a perspectiva dos professores, com base em uma aprendizagem baseada em investigação (IBL, do inglês, Inquiry- Based Learning). Além disso, foram analisados para este levantamento do estado da arte 32 artigos que remetem ao uso dos laboratórios remotos em educação (cujas citações estão disponíveis no portal internacional de laboratórios remotos – GoLab -, em http://www.go-lab-project.eu/publications), dos quais selecionamos 15 artigos, devido às suas características por envolver temas de Ciências e/ou Física aplicadas a uma discussão do ambiente em função de uma aprendizagem significativa. A tabela a seguir mostra os artigos que foram escolhidos, e dentro destes os que foram selecionados. Tabela 1- Índice dos artigos separados para análise e selecionados para releitura bibliográfica Índice Artigo (Referência) Selecionado ou não 1. Kreiter, C.; Garbi Zutin, D.: Enhancing the Usability of the Blackbody Radiation Remote Lab. In: Proceedings of the 3rd Experiment@ International Conference, exp.at'15, p. 55. Publication Publisher: IEEE Computer Society, Ponta Delgada, São Miguel Island, Azores, Portugal, 2015. Download Não. Apenas Resumo. 2. Salzmann, Ch.; Govaerts, S.; Halimi, W.; Gillet, D. : The Smart Device Specification for Remote Labs. In: Proceedings of the 12th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation, REV 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Bangkok, Thailand, 2015. Download Não (sem envolvimento com a Física. Mas a questões interessantes discutidas em análise para a parte educacional) 3. Rodriguez-Gil, L.; Orduña, P.; Bollen, L.; Govaerts, S.; Holzer, A.; Gillet, D.; López-de-Ipiña, D.; García-Zubia, J.: The AppComposer Web Application for School Teachers: A Platform for Translating and Adapting Educational Web Applications. In: Proceedings of the 6th IEEE Global Engineering Education Conference, EDUCON 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Tallin, Estonia, 2015. Download SIM. Plataforma de aplicação web para professors. 4. Dziabenko, O.; García-Zubía, J.: Planning and Designing Remote Experiment for School Curriculum. In: Proceedings of the 6th IEEE Global Não (não é possível baixar o documento)
  • 19. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 19 Engineering Education Conference, EDUCON 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Tallin, Estonia, 2015. 5. Zervas, P.; Tsourlidaki, E.; Sotiriou, S.; Sampson, D.: Towards a Metadata Schema for Characterizing Lesson Plans Supported by Remote and Virtual Labs for School Science Education. In: Proceedings of the 12th International Conference on Cognition and Exploratory Learning in Digital Age, CELDA 2015, Publication Publisher: Springer, Dublin, Ireland, 2015. Download SIM. Caracterização de planos de aula suportados por laboratórios remotos para educação de Ciências. 6. Zervas, P.; Authentopoulou, A.-E.; Sampson, D.: Characterizing Virtual and Remote Laboratories with Educational Metadata. In: Proceedings of the Open Discovery Space Conference, EDEN Open Classroom 2015, Publication Publisher: EDEN Open Classroom, Athens, Greece, 2015. Download SIM 7. Zacharia, Z.C.; Manoli, C.; Xenofontos, N.; De Jong, T.; Pedaste, M.; Van Riesen, S.; Kamp, E.; Mäeots, M.; Siiman. L.; Tsourlidaki, E.: Identifying potential types of guidance for supporting student inquiry when using virtual and remote labs: A literature review. In: Educational Technology Research and Development: Vol. 63, p. 257-302. Publication Publisher: Association for Educational Communications & Technology, 2015. Não. O artigo não está disponível eletronicamente. 8. Vozniuk, A.; Rodriguez-Triana, M. J.; Holzer, A.; Govaerts, S.; Sandoz, D.; Gillet, D.: Contextual Learning Analytics Apps to Create Awareness in Blended Inquiry Learning. In: Proceedings of the 14th International Conference on Information Technology Based Higher Education and Training, ITHET 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Lisbon, Portugal, 2015. Download SIM. 9. Sergis, S.; Vlachopoulos, P.; Sampson, D.: Flipped Classroom Teaching Model Templates for STEM Education. In: Proceedings of the Open Discovery Space Conference, EDEN Open Classroom 2015, Publication Publisher: EDEN Open Classroom, Athens, Greece, 2015. Download SIM. Modelos de aulas invertidas para o modelos STEM de Ensino.
  • 20. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 20 10. Salzmann, Ch.; Govaerts, S.; Halimi, W.; Gillet, D.: The Smart Device Specification for Remote Labs. In: International Journal of Online Engineering (iJOE): Vol. 11, No. 4, Publication Publisher: iJOE, 2015. Download e Apresentação SIM. Especificação de Dispositivos Inteligentes para acoplagem em arqiteturas de software de laboratórios remotos, permitindo depuração de resultados e maior troca de informações, visando facilitar o trabalho do professor na comunicação com o usuário. 11. Rodríguez-Triana, M. J.; Holzer, A.; Vozniuk, A.; Gillet, D.: Orchestrating Inquiry-Based Learning Spaces: an Analysis of Teacher Needs. In: Proceedings of the 14th International Conference on Web-based Learning, ICWL 2015, Publication Publisher: Springer, Guangzhou, China, 2015. Download SIM 12. Pedaste, M.; Mäeots, M.; Siiman L. A.; De Jong, T.; Van Riesen, S. A. N.; Kamp, E. T.; Manoli, C. C.; Zacharia, Z. C.; Tsourlidaki, E: Phases of inquiry-based learning: definitions and the inquiry cycle. In: Educational Research Review: Vol. 14, p. 47-61. Publication Publisher: Elsevier Ltd., 2015. Download SIM. Fases da Apendizagem baseada em investigação e desenvolvimento das discussões sobre o ciclo de investigação. 13. Manske, S.; Hecking, T.; Chounta, I.-A.; Werneburg, S.; Hoppe; H. U.: Using Differences to Make a Difference: A Study in Heterogeneity of Learning Groups. In: Proceedings of the 11th International Conference on Computer Supported Collaborative Learning, CSCL 2015, Vol 1, p. 182 – 189. Publication Publisher: ISLS, Gothenburg, Sweden, 2015. Download SIM 14. Manske, S.; Chounta, I.-A.; Rodríguez- Triana, M. J.; Gillet, D.; Hoppe; H. U.: Exploring Deviation in Inquiry Learning: Degrees of Freedom or Source of Problems?. In: Proceedings of the 23rd International Conference on Computers in Education, ICCE 2015, Publication Publisher: Asia-Pacific Society for Computers in Education, Hangzhou, China, 2015. Download SIM. Esse artigo explora os desvios na aprendizagem por investigação no que se refere à Liberdade dada ao aluno e consequencias dessa metodologia no que se refere ao uso dos laboratórios remotos. 15. Kreiter, C.; Garbi Zutin, D.; Auer, M. E.: An HTML Client for the Blackbody Radiation Lab. In: Proceedings of the 12th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation, REV 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Bangkok, Thailand, 2015. Download Não. Apenas resumo. 16. Heintz, M.; Law, E. L.; Soleimani, S.: Paper or Pixel? Comparing Paper- and Não. Arquivo não disponível gratuitamente.
  • 21. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 21 Tool-based Participatory Design Approaches. In: Proceedings of the 15th IFIP TC.13 International Conference on Human-Computer Interaction, INTERACT 2015, Publication Publisher: Springer, Bamberg, Germany, 2015. Download 17. Heintz, M.; Law, E. L.; Manoli, C.; Zacharia, Z.; Van Riesen, S. A. N.: A survey on the usage of online labs in science education: Challenges and implication. In: Proceedings of the 6th IEEE Global Engineering Education Conference, EDUCON 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Tallin, Estonia, 2015. Não. Arquivo não disponível para download. 18. Heintz, M.; Law, E. L.: Solution-based Requirements Capture with PDot in an E-Learning Context . In: Proceedings of the 15th IFIP TC.13 International Conference on Human-Computer Interaction, INTERACT 2015, Publication Publisher: Springer, Bamberg, Germany, 2015. SIM 19. Halimi, W.; Salzmann, Ch.; Gillet, D.: The Smart Wind Turbine Lab. In: Proceedings of the 3rd Experiment@ International Conference, exp.at'15, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Ponta Delgada, São Miguel Island, Azores, Portugal, 2015. Download Não. Arquivo disponível eletronicamente apenas com o resumo. 20. Govaerts, S.; Cao, Y.; Faltin, N.; Cherradi, F.; Gillet, D.: Tutoring Teachers - Building an Online Tutoring Platform for the Teacher Community. In: Immersive Education, Communications in Computer and Information Science, Vol. 486, p. 39-51. Publication Publisher: Springer, Vienna, Austria, 2015. Download SIM 21. Fernandez, G. C.; Ruiz, E. S.; CastroGil, M.; Mur Perez, F.: From RGB led laboratory to servomotor control with websockets and IoT as educational tool. In: Proceedings of the 12th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation, REV 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Bangkok, Thailand, 2015. Download SIM. Menção ao uso de websockets na arquitetura de software e experimentos variados de tecnologia e de física, nesse ultimo caso, com LED RGB. 22. Fernandez, G. C.; Carrasco Borrego, R.; Plaza Merino, P.; Cañas Lopez, M. A.; San Cristóbal Ruiz, E.; Castro Gil, M.; Não. Texto não disponível para download, mas a apresentação sim.
  • 22. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 22 Mur Perez, F.: Mechatronics and robotics as motivational tools in remote laboratories. In: Proceedings of the 6th IEEE Global Engineering Education Conference, EDUCON 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Tallin, Estonia, 2015. Apresentação e Download Alguns pontos discutidos ali devem ser utilizados ao longo deste capítulo. 23. Dikke, D.; Faltin, N.: Go-Lab MOOC – An online course for teacher professional development in the field of Inquiry-Based Science Education. In: Proceedings of the 7th International Conference on Education and New Learning Technologies, Publication Publisher: IATED, Barcelona, Spain, 2015. Download SIM. Explora o desenvolivmento professional do professor dentro de uma perspectiva de Ensino de Ciências baseado em investigação, para um curso on-line no projeto Go-Lab (portal de laboratórios remotos). 24. De Jong, T.: Simulation-based learning. In: J. Spector (Ed.): The SAGE encyclopedia of educational technology, p. 647-650. Publication Publisher: SAGE Publications, Inc., Thousand Oaks, California, United States, 2015. Não. Artigo não disponível eletronicamente. 25. Centeno, R.; Rodriguez-Artacho, M.; Garcia, F.; Sancristobal, E.; Diaz, G.; Castro, M.: Towards learning resources rankings in MOOCs: A pairwise based reputation mechanism. In: Proceedings of the 6th IEEE Global Engineering Education Conference, EDUCON 2015, Tallin, Estonia, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Tallin, Estonia, 2015. Download Não. Texto disponível eletronicamente, mas não gratuitamente. 26. Cao, Y.; Kovachev, D.; Klamma, R.; Jarke, M.; Lau, R. W. H.: Tagging diversity in personal learning environments. In: Journal of Computers in Education, March 2015: Vol. 2, Issue 1, p. 93-121. Publication Publisher: Springer, 2015. Download Não. Embora trabalhe o desenvolvimento de um protótipo de ambiente de aprendizagem pessoal e baseado na procura de tag’s, o faz em poemas clássicos chineses, ass 27. Cao, Y.; Tsourlidaki, E.; Edlin-White, R.; Dikke, D.; Faltin, N.; Sotiriou, S.; Gillet, D.: STEM Teachers’ Community Building through a Social Tutoring Platform. In: Proceedings of the14th International Conference on Web-based Learning, ICWL 2015, Publication Publisher: Springer, Guangzhou, China, 2015. Não. Artigo disponível eletronicamente mas não gratuitamente. 28. Tsourlidaki, E.; Zervas, P.; Sotiriou, S.; Sampson, D.: An Investigation with European School Teachers on how to Characterize Virtual and Remote Labs. In: Proceedings of the IEEE 6th Não. Arquivo disponível eletronicamente, mas não gratuitamente.
  • 23. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 23 International Conference on Engineering Education towards Excellence and Innovation 2015, Publication Publisher: IEEE Computer Society, Tallinn, Estonia, 2015. Download 29. Zervas, P.; Sergis, S.; Sampson, D.; Fyskilis, S.: Towards Competence- Based Learning Design Driven Remote and Virtual Labs Recommendations for Science Teachers. In: Technology, Knowledge and Learning, Publication Publisher: Springer, 2015. Download e Apresentação Não. Arquivo disponível eletronicamente, mas não gratuitamente. Apenas resumo disponível de graça. Apresentação disponível eletronicamente. Por conter elementos sobre o processo de educação aberta nos laboratórios remotos será citada. 30. Pedaste, M.; Mäeots, M.; Siiman, L. A.; de Jong, T.; van Riesen, S. A. N.; Kamp, E. T.; Manoli, C. C.; Zachariac, Z. C.; Tsourlidaki, E.: Phases of inquiry-based learning: definitions and the inquiry cycle. In: Educational Research Review, p. 47-61. Publication Publisher: European Association for Research on Learning and Instruction (EARLI), 2015. Download Sim, por conter uma discussão mais aprofundada sobre o processso cíclico da aprendizagem por investigação, uma bases teóricas aplicada ao desenvolvimento de laboratórios remotos, mundialmente. 31. Zacharia, Z.C.; Manoli, C.; Xenofontos, N.; de Jong, T.; Pedaste, M.; van Riesen, S.A.N, Kamp, E.T.; Mäeots, M.; Siiman, L.; Tsourlidaki, E.: Identifying potential types of guidance for supporting student inquiry when using virtual and remote labs in science: a literature review. In: Educational Technology Research & Development, Publication Publisher: Springer US, 2015. Download SIM. Revisão bibliográfica sobre os potenciais tiposde guias para auxílio a investigação de estudantes no uso de laboratórios remotos e virtuais, nas áreas de Ciências. Posteriormente a seleção dos artigos ainda restringimos mais a escolha no que se refere apenas às discussões teóricas ou práticas do uso de laboratórios remotos nas áreas científicas, tanto quanto nas alternativas de aprendizagem desenvolvidas neles. Após esta restrição, ficamos com 11 artigos (caracterizados pelos índices 3, 5, 9, 10, 11, 12, 14, 21, 23, 30 e 31) que devem ser comentados nos próximos parágrafos. Nesse caso, os artigos de 3 a 10 tratam da temática dos laboratórios remotos no desenvolvimento dos professores e usuários; nos artigos 12 e 14 tratam do desenvolvimento de interfaces para facilitar o uso por parte dos professores e a aprendizagem dos alunos; e nos textos de 23 a 31 tratam da questão da aprendizagem por investigação aplicada aos laboratórios remotos, seja nas possibilidades que
  • 24. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 24 apresenta ou mesmo nas consequências que se tem com a metodologia, no ensino com ambientes remotos de investigação, na concepção das Ciências. Cabe lembrar que esse levantamento bibliográfico toma os anos mais recentes, e que como o uso de laboratórios remotos é uma área com recente investigação educacional, novas possibilidades e uso de novas tecnologias podem influenciar no próprio uso das plataformas remotas, ou mesmo com melhorias na usabilidade e aplicabilidade dos sistemas. Por exemplo, em relação ao levantamento realizado por Cardoso e Takahashi (2011), o qual era justamente visando o estudo e aplicabilidade dos laboratórios remotos em Física, Engenharia e outras áreas científicas, novas tecnologias surgiram e melhoraram a eficiência das interfaces possíveis dentro dos laboratórios. Novos programas surgiram para melhorar o tempo de resposta entre um comando enviado pelo cliente e recebido pelo servidor (Salzmann et al, 2015). Isso nos remete a entender as discussões a respeito do desenvolvimento e o uso no contexto educacional de Física dos Laboratórios Remotos, além das discussões de usabilidade dos laboratórios remotos e emprego das teorias de ensino e aprendizagem, da época de Cardoso e Takahashi (2011) em comparação com a aplicação de, por exemplo, a Aprendizagem Baseada em Investigação (IBL, do inglês Inquiry Based Learning) (Dikke, et al, 2015), (Pedaste, et al, 2015b) e (Zacharia, et al, 2015), nos tempos mais recentes. Para tanto, como apontado, são estudados os trabalhos realizados por autores que trabalharam neste mesmo tema, dentro das observações levantadas por Cardoso e Takahashi (2011), e consequentemente quais as dificuldades encontradas, as discussões levantadas por eles, em comparação com as observações e desenvolvimentos ocorridos desde então (Rodrigues-Gil, et al, 2015), (Zervas, et al, 2015), (Sergis, et al, 2015), (Salzmann, et al, 2015), (Rodríguez- Triana, et al, 2015), (Pedaste, et al, 2015a), (Manske, et al, 2015), (Fernandez, et al, 2015), (Dikke, et al, 2015), (Pedaste, et al, 2015b) e (Zacharia, et al, 2015) a fim de enquadrar os problemas a serem trabalhados neste projeto. No artigo de Cardoso e Takahashi (2011), publicado na RBPEC, os autores fazem o “[...] levantamento e análise de trabalhos sobre o assunto em revistas e periódicos de ensino e educação, no Brasil e no exterior”, até o ano de 2011. O intuito dos autores, assim como um dos objetivos deste projeto corrente, era investigar se (e como) os laboratórios remotos estão sendo utilizados para o ensino, particularmente, de Física, com o objetivo de avaliar o potencial desse recurso para o ensino-
  • 25. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 25 aprendizagem da disciplina. Para tanto, os autores discorrem das necessidades de um laboratório remoto e das potencialidades que o uso da experimentação demonstra para o processo de ensino-aprendizagem, fundamentando-se nas avaliações tanto de documentos oficiais como o PCN+ (BRASIL, 2002), quanto de pesquisadores. Dentro deste âmbito, Dikke, et al (2015) e Pedaste, et al (2015b), discorrem sobre a fundamentação dos laboratórios remotos sob a ótica da aprendizagem baseada em investigação, tratando das fases de desenvolvimento para se chegar a um objetivo de estudo. Dikke, et al (2015) discorrem sobre o desenvolvimento profissional dos professores dentro dos laboratórios remotos que tratam dentro da perspectiva da IBL, e quais as melhorias que apresentam. Além disso os autores discorrem sobre o fato da perspectiva dos laboratórios remotos estarem mais coesos hoje em dia, devido à ideia de se formar um consórcio europeu para difundir as investigações com laboratórios remotos aplicados ao estudo de ciência, no que se formulou como o GoLab (consórcio esse que fundamenta as pesquisas selecionadas para este estudo bibliográfico). Esse fato, por si só, já avança um dos problemas que se apresentava na época de Cardoso e Takahashi (2011), no caso, antes de 2011. Isso porque ao se comparar as pesquisas os autores podem avançar em seus conhecimentos, compartilhando impressões, levantando novas possibilidades e trocando materiais de pesquisa e mesmo com mais acessos aos weblabs, se consegue investigações e desenvolvimentos mais aprofundados. Com o GoLab, os professores têm a possibilidade de terem uma formação contínua e se envolverem mais com os avanços dos laboratórios remotos de seus pares e mesmo dos usuários, que com mais acessos se tornam mais íntimos dos laboratórios e a questão do estranhamento com a tecnologia vão diminuindo. A própria perspectiva da experimentação remota ganha mais propriedade através de uma sistematização de investigação, através das fases de investigação, definidas em Pedaste, et al, (2015b). Novas motivações e descobertas surgem através deste viés podem ser trabalhados pelos professores, para que os próprios usuários sejam autônomos em suas descobertas; com isso, o professor passa a orientar o usuário remotamente em seu processo de aprendizagem. O usuário, por outro lado, se familiariza com o processo do método científico. Assim, o estudo científico pode ser mais atraente e possibilita novas descobertas, dentro de um ambiente remoto que
  • 26. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 26 não apenas serve ao processo de se obter resultados dentro de um experimento, mas também entender o seu significado e contexto, quando colocado dentro de uma perspectiva que tal conhecimento pode ser construído, investigado. Dentro desta perspectiva de experimentação, aliada ao princípio de utilização de materiais de fácil acesso e possibilidade de viabilizar a mesma experiência com acesso remoto, em 2011, Cardoso e Takahashi (2011, p. 188) apontavam que: A utilização desses Laboratórios de Experimentação Remota, como são conhecidos, permitiria a realização cooperativa de experimentos reais com o objetivo de prover uma melhor compreensão dos fenômenos científicos e estimular um interesse maior pela carreira científica. E, indo além (CARDOSO; TAKAHASHI, 2011, p. 188): [...] a Experimentação Remota não auxilia a aprendizagem por si só; o uso da experimentação deve ser amparado por ferramentas didáticas e metodologias devidamente fundamentadas. De forma que concluem que a perspectiva de uso dos laboratórios remotos não se dá somente em ambientes que se utilizem de Educação a Distância (EaD), mas também presencialmente: Assim, um laboratório remoto pode auxiliar na aprendizagem de conceitos físicos, sendo um importante recurso nos cursos de Educação a Distância (EaD) que exigem aulas práticas, como também aulas presenciais tornado-a mais interativa e mais dinâmica. Pode, ainda, auxiliar o aprendiz independentemente das aulas e viabilizar a realização de experimentos mais complexos e/ou de difícil acesso. (CARDOSO; TAKAHASHI, 2011, p.188- 189) Com base nestas prerrogativas, os autores abordam a metodologia de aprendizagem baseada em investigação para laboratórios remotos, desde sua adequação até a sua implementação e uso educacional. Com base nessa metodologia, que se baseia no método científico e em suas fases, para os autores Pedaste et al (2015), o objetivo da metodologia de aprendizagem baseada em investigação é “envolver os alunos em um autêntico processo de descoberta científica”. (Pedaste et al, 2015, p.48): “Do ponto de vista pedagógico, o processo científico complexo é dividido em unidades menores, logicamente conectadas que orientam os alunos, chamando-lhes a atenção para aspectos importantes do pensamento científico. Estas unidades individuais são chamadas fases de investigação e o seu conjunto de conexões forma um ciclo de investigação”.
  • 27. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 27 Nesse sentido, os autores citados mencionam o modelo do ciclo de aprendizagem dos 5E, que tratam de cinco fases de investigação (fundamentados em (Bybee et al, 2015): engajamento, exploração, explanação, elaboração, e avaliação (em inglês, 5E learning cycle model – engagement, explroation, explanation, elaboration, evaluation). Nestas fases, dependendo do pesquisador, é observado que se pode balancear para mais ou para menos abordagens ora indutivas, ora dedutivas, dependendo da fase de investigação. Por outro lado, para outros autores (Klahr e Dunbar, apud Pedaste et al, 2015b), o processo de raciocínio científico é caracterizado em duas esferas – a da experimentação e da hipótese -, e dentro destes espaços se é trabalhada a investigação em um ambiente remoto, ora indo para a hipótese, ora indo ao experimento. Por isso, a forma de se optar por recursos indutivos ou dedutivos pode depender do campo em que se está trabalhando, bem como da fase em que se está orientando ao usuário. Assim, com base em um levantamento bibliográfico de 32 (trinta e dois) artigos, Pedaste et al (2015b) formulam um modelo de 5 (cinco) fases de investigação (Orientação, Cenceitualização, Investigação e Conclusão – baseado em modelo formulado por de Jong et al, 2014 (apud Pedaste et al, 2015) , porém mais sistematizado e com possibilidades de permutações e novos ciclos dentro de um mesmo processo). Nesta formulação do processo é possível se utilizar como entrada para o processo uma experimentação ou explanação, para depois se formular hipóteses, coletar dados e se concluir, ou mesmo, após a coleta de dados, se formar uma nova contextualização, formular uma nova hipótese, experimentar, explorar, coletar novos dados, e se concluir. Ou seja, o processo se transforma em vários ciclos possíveis dentro de um mesmo processo, algo mais próximo do raciocínio científico, de forma a familiarizar o usuário/aprendiz, e facilitar uma orientação de estratégia ao professor, que por sua vez, tem a sua escolha deixar o processo mais livre, ou delimitar a sua estratégia de uso. Essa formulação permite se utilizar o ambiente remoto tanto dentro de um contexto mais estruturado de ensino quanto em um ambiente mais livre (Pedaste et al, 2015b). No caso da formulação das 5 fases – Orientação, Conceitualização, Investigação e Conclusão -, para os laboratórios remotos, Zacharias et al (2015), apontam que uma derivação da IBL, a aprendizagem baseada em investigação com suporte ao computador (do inglês Computer Suported Inquiry Learning, ou
  • 28. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 28 simplesmente, CoSIL) é uma das metodologias que utiliza o computador como ambiente para aprendizagem, em conjunto com a ideia de raciocínio científico dentro de uma metodologia investigativa de modo que o usuário possa realizar as etapas do método científico dentro de sua pesquisa. Zacharia et al (2015) apontam que: “os ambientes de aprendizagem computadorizados foram identificados por muitos pesquisadores como sendo um dos melhores meios para se ter, de fato, uma aprendizagem, pois fornecem recursos que outros meios tradicionais (por exemplo, papel–e–lápis, atividades, laboratórios físicos) não podem oferecer, tais como múltiplas representações, feedback pessoal instantâneo, informações estruturadas não-seqüenciais, não-lineares e em que os alunos podem procurar instantaneamente de acordo com as suas necessidades, interesses ou objetivos [...]” (apud Zacharia et al, 2015) Além disso os ambientes em que os laboratórios remotos se encontram, de acordo com Zacharia et al (2015), se projetados apropriadamente, são importantes para o reforço da aprendizagem do estudante. Pela literatura (Zacaria et al, 2015), se percebe que a aprendizagem dentro de tais ambientes coloca desafios para a maioria dos estudantes, principalmente por causa da complexidade cognitiva e meta-cognitiva das experiências de aprendizagem que esses ambientes oferecem, e muito devido (Zacharia et al, 2015) à riqueza de informação e da diversidade de relações que o usuário consegue retirar do ambiente com o qual interage, além da transparência com a qual o usuário consegue perceber o conteúdo. Por outro lado, quando o usuário acessa um laboratório on-line (seja virtual ou remoto), encontra alguns pontos a se considerar, principalmente quando volta a acessar. Na volta (Zacharia et al, 2015), o estudante pode ver o mesmo objeto através de múltiplas representações, incluindo representações de objetos abstratos / conceituais (por exemplo, em uma simulação ou em um laboratório virtual, ele pode observar simulações de raios de luz, de elétrons), que não estão disponíveis no mundo real, e melhorar sua compreensão do fenômeno em estudo (Zacharia et al, 2015), ainda que seja importante mencionar que não se trata do objeto real e sim um conceito (e isso é importante ser explicado no ambiente e pelo professor). No caso dos laboratórios remotos, por exemplo, de Jong et al (2013) analisam as necessidades de guias na metodologia de aprendizagem baseada em investigação, e apontam que é essencial abordar a questão, a fim de que se obtenha melhores orientações dentro dos parâmetros utilizados em um ambiente remoto (do
  • 29. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 29 laboratório remoto). Inclusive sugerem à comunidade concentrem suas pesquisas no desenvolvimento e utilização de devidas orientações para o abordagem mais eficiente de práticas que se utilizem da metodologia de aprendizagem baseada em investigação (IBL) dentro dos ambientes colcoados nos laboratórios, sejam tanto virtuais quanto remotos. É importante observar que além da motivação dos espaços de investigação (e que acabam por utilizar a metodologia IBL), nos projetos que são desenvolvidos pela proposta do GoLAB, existe uma motivação do apelo científico colocado em núcleos de grandes ideias (Big Ideas - www.golabz.eu/big-ideas ):  1ª ideia- A energia não pode ser criada nem destruída (apenas pode ser transforma de uma forma para a outra). A transformação de energia pode levar à mudança de estado ou de movimento;  2ª ideia - Existem quatro interações/forças fundamentais na natureza (Gravitação, Eletromagnetismo, Força Nuclear Forte, e Força Nuclear Fraca – todos os fenômenos naturais são devidos à presença de uma ou mais dessas interações. As forças atuam nos objetos e podem agir à distância através do campo físico respectivo, causando uma mudança no movimento ou no estado da matéria);  3ª ideia - A Terra é uma parte muitíssimo pequena do Universo (o Universo é composto por bilhões de galáxias, as quais contém bilhões de estrelas – sóis – e outros objetos celestes. A Terra é uma parte muitíssimo pequena de um sistema solar com um sol no seu centro, o qual por sua vez é uma parte muito pequena do Universo);  4ª ideia - Toda a matéria no Universo é composta de partículas muito pequenas (Elas estão em movimento constante e a ligação entre elas são formadas por interações entre as mesmas. Partículas elementares como as conhecemos forma átomos e átomos forma moléculas. Existe um número finito de tipos de átomos no Universo, os quais são os elementos da tabela periódica;  5ª ideia - Em escalas muito pequenas, nosso mundo é sujeito às leis da mecânica quântica (toda a matéria e radiação exibem ambas propriedades de ondas e de partículas. Nós não podemos
  • 30. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 30 simultaneamente conhecer a posição e o momento de uma partícula – é o princípio da incerteza);  6ª ideia - A evolução é a base tanto da unidade da vida quanto da biodiversidade dos organismos (os organismos passam suas informações genéticas de uma geração à outra);  7ª ideia - Os organismos são organizados em bases celulares (Elas requerem uma fonte de energia e de materiais. Toda a forma de vida no nosso planeta é baseada em um componente-chave comum);  8ª ideia - A Terra é um sistema de sistemas os quais influenciam e são influenciados pela vida no planeta. (O processo ocorrendo dentro desse sistema influencia a evolução de nosso planeta, dão forma ao clima e à superfície terrestre. O sistema solar também influencia a Terra e a vida no planeta). Assim, esta seção “Big Ideas of Science” (ou Grandes Ideias da Ciência) são um conjunto de conceitos-chave científicos que descrevem o mundo que nos rodeia. Eles nos permitem conceber a conexão entre diferentes fenômenos naturais que, à primeira vista, podem parecer irrelevantes, mas que na verdade têm suas raízes nos mesmos princípios e leis da natureza. O GoLab introduz o "Big Ideas" como uma espinha dorsal pela qual os alunos podem construir seu conhecimento com base nessa prerrogativa, conforme se conectam aos assuntos da Ciência, diferente da forma que são ensinados na escola, tanto quanto de eventos e fenômenos de suas vidas os quais lhes são ensinados de maneira tão diferente durante sua vida escolar. Desse modo, dentro dos espaços de investigação, e centrado nestas ideias- chave, o usuário de um laboratório remoto pode experimentar um pouco da prática científica e usufruir do laboratório remoto de forma diferente do que usaria apenas como um visitante. Devido a isso, é necessário que quem dirija a experiência do usuário nestes ambientes tenha a devida orientação e saiba colocar em prática a necessária didática e permitir ao usuário/estudante que ele percorra os caminhos, desde a contextualização até a conclusão. Essas discussões de como se colocar essas orientações às fases do espaço de investigação são discorridas nos artigos de (de Jong, et al, 2013), (Zacharia et al, 2015), (Dikke e Faltin, 2015), (Pedaste et al, 2015a), (PEdaste et al, 2015b), e principalmente em (Dikke et al, 2015), no artigo “GOLABZ: TOWARDS A FEDERATION OF ONLINE LABS FOR INQUIRY-BASED
  • 31. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 31 SCIENCE EDUCATION AT SCHOOL”, o qual faz um apanhado das motivações, pontos importantes e originais no projeto Go-Lab e que influencia no desenvolvimento do aprendizado de estudantes através do laboratório (virtual e remoto), com o uso de espaços de investigação. Até o momento observamos a situação de pesquisa dos laboratórios remotos e metdologias associadas ao ensino com laboratórios remotos, para os casos dos laboratórios desenvolvidos em conjunto pelos comitês europeus, dentro do projeto GoLAB. O uso de espaços de investigação, da divisão em etapas que simulem o método científico no âmbito da pesquisa estudantil nos laboratórios remotos é relativamente recente. Em 2007, Roccard (Dikke et al, 2015) cita o desenvolvimento de ambientes (espaços) que utilizem a metodologia baseada em investigação científica, comos endo uma forma renovada de pedagogia, no caso do futuro europeu. Desde então, e com a união dos laboratórios de 17 países europeus no Go-Lab essa iniciativa vem tomando mais corpo e tendo novos e eficientes resultados com estudantes utilizando os laboratórios on-line (remotos e virtuais) de forma mais instigante e significativa. No caso brasileiro, os autores Cardoso e Takahashi fizeram o levantamento bibliográfico, entre os anos 2000 e 2009, entre artigos de periódico Qualis 1A, pela lista completa da Capes e apuraram todos os periódicos das seções Educação e Ensino de Ciências e Matemática. Isso com o fim de avaliar a abrangência do uso dos laboratórios remotos, da experimentação remota. Além desses artigos, também selecionaram todos os outros periódicosque continham as palavras ensino, educação e seus correspondentes em inglês e espanhol. No total, encontraram 78 periódicos. Como critério de seleção dos artigos, optaram por pesquisar, nos títulos, as palavras-chave “experimentação remota”, “laboratório remoto” e seus correspondentes em inglês e espanhol. Com este critério de seleção, Cardoso e Takahashi (2011) encontraram 31 artigos. Como forma de comparação, no caso das publicações do Go-Lab, por exemplo, que tratam de propostas de incentivo ao uso de laboratórios remotos, utilizando para isso espaços de investigação que se comunicam com ambientes do laboratório remoto (ou virtual), encontra-se a presença de um número maior de publicações em congressos e eventos que foram sendo realizados para tratarem desta temática, principalmente após o ano de 2013.
  • 32. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 32 No caso de Cardoso e Takahashi (2011), a partir dos artigos encontrados, eles fizeram um levantamento do número de artigos publicados em cada ano e em cada área de conhecimento, verificando em quais periódicos foram publicados e para qual nível de ensino, de forma a elaborar uma síntese dos objetivos, metodologias e estratégias utilizadas e as principais contribuições para o ensino. A partir disso, os autores fizeram uma análise em relação ao enfoque, à justificativa de utilização da Experimentação Remota, às vantagens e desvantagens do uso do laboratório remoto e à utilização de metodologia de ensino. A partir destas considerações, os autores começam a análise preocupando-se em verificar como vem sendo o desenvolvimento de pesquisas sobre laboratórios remotos nos últimos 10 anos. A partir das análises feitas, constatam que as pesquisas relacionadas a experimentos que podem ser operados remotamente são relativamente recentes, devido ao fato de que a tecnologia só pôde ser desenvolvida devido aos grandes avanços tecnológicos dos últimos tempos, como por exemplo, a engenharia de automação e controle assistida por computadores, Internet (aqui incluso o aumento no poder de processamento dos dados transmitidos, também) e webcams, que são elementos essenciais para esse tipo de experimentação. É interessante notar que, até 2011, em nenhum dos periódicos nacionais Qualis A foram encontrados artigos sobre experimentos remotos, apesar de existirem pesquisas e laboratórios remotos no Brasil. Após 2013, contudo o número de publicações nacionais que tratam sobre o tema começou a aumentar, principalmente devido aos trabalhos do projeto RexLab, da UFSC (Universidade de Santa Catarina), publicados em congressos e publicações internacionais (Silva, et al, 2013), como o caso da VAEP-RITA, da IEEE. Isso explicava o fato de que pouco se divulgava a criação, elaboração, adequação e implementação de laboratórios remotos, fato este que impossibilitava um maior acesso de usuários e do público-alvo (professores e alunos) às potencialidades do uso educacional do laboratório remoto. De 2013 para cá, contudo muito se avançou, desde a concepção dos laboratórios, até a forma de se utilizá-los e evidencia-se que essa forma de utilizar os laboratórios tende a se tornar uma forma muito comum, principalmente devido a possibilidade de se utilizar experimentos reais, mas que não poderiam ser utilizados no lugar em que se encontra o usuário e o professor. Com novas metodologias e interfaces de ambientes remotos, pode-se além disso se obter uma experiência mais significativa, devido ao fato de o
  • 33. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 33 usuário se colocar como um cientista e trilhar as etapas a fim de se experimentar e entender o que se observa. No caso da Física, até 2011, poderíamos notar, conforme Cardoso e Takahashi (2011) também apuram, que os trabalhos eram desenvolvidos para determinadas áreas de conhecimento, a citar, as Engenharias, devido à necessidade de experimentação, de prática, para a inserção do egresso no mercado de trabalho e que a prática é de fundamental importância para a aprendizagem dos conceitos relacionados com as disciplinas (CARDOSO; TAKAHASHI, 2011). Por outro lado, estas características que são necessárias às Engenharias também são necessárias em outras áreas de Ensino, justamente pelo caráter científico das disciplinas correlatas (por exemplo, Física, Biologia, Química, e eventuais articulações entre elas), as quais são bases para as Engenharias. Ainda que se apresente as mesmas necessidades para estas áreas citas, existiam poucos trabalhos associados ao uso da Experimentação Remota nessas áreas, conforme mostra a Figura 01. Figura 01: Quantidade de artigos por área de conhecimento, até 2011 - reprodução de (Cardoso e Takahashi, 2011). Pela pesquisa de levantamento realizada pelos autores, se percebia a presença de alguns experimentos que poderiam ser utilizados no ensino da Física em nível superior, como alguns experimentos de eletrônica, interferômetro de Michelson, imagens ao microscópio eletrônico de varredura, vibração mecânica unidimensional e pêndulo invertido. Inclusive, relacionando cada experimento à área da Engenharia relacionada, a maior parte dos experimentos é voltada aos cursos de Mecânica/Mecatrônica e Elétrica, áreas cuja base é essencialmente a Física. Justamente com as práticas desenvolvidas pelo grupo do RexLab, da UFSC, justamente algumas dessas experiências podem ser acessadas remotamente, dentro
  • 34. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 34 da perspectiva de uma metodologia baseada em investigação, bastando ao professor no caso criar um espaço de investigação em sua unidade escolar. A diferença para os projetos desenvolvidos pelo GoLab, da Europa, é que este ambiente de investigação científica já se encontra no próprio portal (http://www.golabz.eu/spaces ), e nas unidades das Grandes Ideias, de forma que o usuário, orientado pelo professor, nas fases do desenvolvimento do conhecimento científico do tema trabalhado, pode experienciar essa forma de ensino de um modo que lhe seja instigante e curioso (pode até mesmo ter a liberdade de trilhar suas próprias fases de investigação, sendo apenas orientado e auxiliado pelo professor/tutor) (Dikke et al, 2015). Até 2011, contudo, pela análise de Cardoso e Takahashi (2011), além das considerações anteriores, é importante ressaltar o enfoque que se dava em cada artigo estudado, ou seja, sob qual ponto de vista os artigos foram desenvolvidos. Categorizando-os pelos objetivos de cada artigo e, com base no que foi apresentado, os autores criaram cinco categorias: Aprendizagem do Aluno (representavam alguma metodologia para ensinar com Experimentação Remota, utilizando planos pedagógicos, estratégias de ensino, etc...), Análise entre Laboratório Virtual e Laboratório Remoto, Análise entre Laboratório Remoto e Laboratório Presencial (nestes dois casos anteriores, em ambas as considerações, eram relacionados artigos que evidenciavam diferenças, vantagens e desvantagens entre os respectivos tipos de laboratório), Infraestrutura (artigos que descreviam a implementação e seus requisitos necessários e ambiente do laboratório remoto), e Viabilidade (artigos que validavam a utilização da experimentação remota). Analisando os objetivos dos artigos chegaram ao fato de que 19 dos 31 artigos estudados se focavam na questão de infraestrutura. Embora os periódicos estejam publicados em revistas essencialmente voltadas ao ensino e educação, dos artigos estudados somente 12,9% abordavam esta temática, evidenciando a baixa prioridade da literatura disponível de análises voltadas a adequação de laboratórios remotos para a temática de aprendizagem. Pois não basta se colocar um laboratório remoto se não houver uma preocupação em que ele esteja bem estruturado em sua questão educacional, o que retornaria somente em uma visualização, um entretenimento, sem um valor significativo para a aprendizagem do usuário. Assim, com essa preocupação é que grupos começaram a se juntar e a metodologia baseada em investigação científica começou a ser utilizada e ambientes
  • 35. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 35 de investigação começaram a ser criados e colocados em prática dentro do laboratórios remotos de forma se analisar pedagogicamente como os usuários acessariam as experiências e de que forma eles poderiam ser orientados de forma a terem uma aprendizagem que lhes atribuíssem significado. É justamente sobre isso que tratam Dikke et al (2015) e Dikke e Faltin (2015) em seus respectivos artigos que tratam da história do GoLab e o uso das etapas de investigação nas atribuições do conhecimento dos usuários, também trabalhado por (de Jong et al, 2013); (Pedaste et al, 2015a); (Pedaste et al, 2015b); (Zacharia et al, 2015). Com relação aos artigos que enfocavam a aprendizagem (somente 4 – quatro – dentre os analisados), no caso dos artigos anteriores a 2011, Cardoso e Takahashi (2011), mostravam que é possível atingir os objetivos educacionais com o uso de experimentos remotos e uma metodologia de ensino adequada, conforme quadro abaixo: Quadro 2: Descrição dos objetivos, metodologias e estratégias e as principais contribuições para o ensino dos artigos com foco principal em aprendizagem (retirado de (Cardoso e Takahashi, 2011)). Artigo 1 A Distance PLC Programming Course Employing a Remote Laboratory Based on a Flexible Manufacturing Cell Objetivos Aplicar o experimento remoto com uma metodologia de ensino baseada em projetos e avaliar a aprendizagem e o laboratório remoto. Metodologias e estratégias  Vinte e cinco estudantes voluntários participaram do trabalho e foram divididos em dois grupos: o grupo presencial (14 alunos) e o grupo remoto (11 alunos).  Os fundamentos teóricos foram disponibilizados na plataforma de ensino Moodle.  Foi aplicado um questionário para a verificação dos conhecimentos prévios dos alunos.  Os alunos resolveram problemas relacionados ao experimento remoto.  A metodologia de ensino foi baseada em projetos de aprendizagem.  Os alunos elaboraram um relatório documentando o projeto. Contribuições para a aprendizagem A aplicação do experimento remoto foi avaliada de forma positiva. Os dois grupos, presencial e remoto, conseguiram atingir os objetivos relacionados à
  • 36. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 36 aprendizagem. A comparação entre a aprendizagem dos dois grupos não apresentou diferenças significativas. Os autores acreditam que as vantagens Artigo 10 A Web-Based Remote Interactive Laboratory for Internetworking Education Objetivo Discutir os aspectos pedagógicos e técnicos que influenciam o design e a implementação do ambiente de laboratório remoto. Metodologias e estratégias  A metodologia de ensino empregada teve por base o construtivismo, a aprendizagem colaborativa e técnicas de resolução de problemas.  As atividades no laboratório remoto foram modeladas para implementar as nove etapas de ensino propostas por Gagne (1987, 1992)  Os alunos aprenderam os conceitos teóricos fundamentais em palestras nas quais eram descritas as características funcionais e físicas do experimento remoto.  Os estudantes realizaram o experimento em grupos de 2 a 3 alunos. Contribuições para a aprendizagem O laboratório remoto ajudou a alcançar os objetivos pedagógicos e educacionais do programa. Os resultados da pesquisa também indicaram que o laboratório remoto é mais fácil de usar e mais flexível do que o laboratório presencial. No entanto, o laboratório online é menos acessível fisicamente e menos interativo do que o presencial. Artigo 11 An experience of teaching for learning by observation: Remote-controlled experiments on electrical circuits Objetivo Descrever uma metodologia que facilite a aprendizagem por observação com o emprego de experimentos remotos. Metodologias e estratégias  23 estudantes do ensino fundamental participaram do estudo.  Os alunos foram divididos aleatoriamente em seis grupos. O professor fez uso de um instrumento real para ilustrar o assunto-alvo. O professor introduziu o uso do experimento remoto. Os alunos realizaram atividades em grupo e individualmente e fizeram discussões sobre os resultados. O trabalho foi finalizado com um resumo do professor.
  • 37. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 37  Métodos quantitativos e qualitativos foram adotados para coletar dados sobre o potencial do laboratório remoto. Contribuições para a aprendizagem Os resultados do estudo revelaram um potencial para maior promoção do uso do laboratório remoto e que o uso do laboratório remoto ajudou os alunos a aprofundar o conhecimento sobre o assunto-alvo. O professor observou que seus alunos estavam muito envolvidos nas atividades porque eles ficaram fascinados com o uso do experimento de controle remoto, que é uma ferramenta totalmente inovadora de aprendizado para eles. Artigo 20 Remote Laboratories for Optical Circuits Objetivo Descrever o processo de concepção e implementação do laboratório remoto assim como os métodos de ensino e avaliação. Metodologias e estratégias  A metodologia foi aplicada a 16 alunos, que realizaram três experimentos remotamente.  A fundamentação teórica foi apresentada aos alunos em sala de aula.  Os alunos participaram de seções de pré-laboratório, nas quais assistiram simulações e vídeos de orientação em relação a cada experimento.  Após as seções de pré-laboratório os alunos realizaram o experimento remoto.  Para avaliar a aprendizagem, os alunos responderam um teste que continha questões fundamentais. Contribuições para a aprendizagem Os alunos foram muito bem-sucedidos e concluíram todas as seções do experimento. As médias das notas foram muito altas. A maioria dos alunos se sentiu confortável diante da interface com os experimentos. Através deste quadro podia se perceber que era possível a adequação dos laboratórios remotos com uma abordagem de ensino voltada para a investigação científica, que se foca na aprendizagem significativa. Se feita de maneira rigorosa, no aspecto metodológico, isso viria (como veio) a beneficiar, possibilitando o uso mais apropriado deste recurso tecnológico, como nos espaços de investigação (Dikke et al, 2015); (Pedaste et al, 2015b); (Zacharia et al, 2015). Ainda, para os artigos que tratavam da viabilidade dos laboratórios remotos, estes focavam tanto o experimento quanto a aprendizagem. Com este aspecto em
  • 38. Nome: José Neres de Almeida Junior – RA00005091 - Qualificação – Mestrado TIDD – PUC-SP 38 mente, os resultados mostravam que os experimentos remotos são viáveis, pois, além dos estudantes aprovarem o uso dos laboratórios remotos, eles atingiram os objetivos educacionais propostos, como de fato se sucede no uso dos laborat´rios remotos europeus (de Jong et al, 2013) e (Zacharia, et al, 2015). Dos 19 (dezenove) artigos em que se evidenciavam o enfoque na infraestrutura poder-se-ia argumentar o fato de este ser um primeiro passo e de não ser uma tarefa simples estruturar toda a questão arquitetural para visualização e acesso do experimento remotamente. Isso implica no fato de que a maioria se preocupava em evidenciar a questão estrutural, dado o fato de que ainda era um recurso recente em termos de uso e assimilação. Porém, dentre estes 19 (dezenove), 13 (treze) aplicavam e avaliavam os experimentos. Os resultados coletados por Cardoso e Takahashi (2011) foram de extrema importância no que se refere a evidenciar a montagem do experimento, mas também de erros e acertos no desenvolvimento dos laboratórios remotos. Ainda hoje essa preocupação existe e diversas publicações tratam da questão infraestrutural, justamente porque novas tecnologias e interfaces (como o Node.js, que assimila as aplicações em java e facilita o uso em novas plataformas), surgiram desde então (Hech, et al, 2016), além da possibilidade dos laboratórios remotos acessados por smartphones (Lustig et al, 2015), (Bermudez, et al, 2015), (Simão, et al, 2016). Além destes levantamentos, Cardoso e Takahashi ainda analisavam outros critérios, como o fato de se os artigos disponibilizavam materiais de apoio, explicitavam metodologia de ensino, citavam utilização de instrutores, ou mesmo aqueles artigos que não citavam nenhuma estratégia para desenvolvimento dos experimentos. Dentre estes critérios, 7 artigos disponibilizavam materiais de apoio, 4 utilizavam metodologia de ensino, 8 utilizavam instrutores e 9 artigos não citavam sequer uma estratégia. Finalmente, em termos de eficácia em relação à aprendizagem, os laboratórios remotos se mostravam tão eficiente quanto os laboratórios presenciais. O mesmo pode ser notado hoje em dia (de Jong et al, 2013) e (Zacharia et al, 2015). Porém o que era interessante notar, é que, de acordo com Cardoso e Takahashi (2011), ao passo que alguns autores analisados em seus artigos apontavam o laboratório melhor, outros, ao contrário, apontavam que o presencial era melhor, embora a diferença seja pouca. De qualquer modo, conforme os autores explicitavam: “[...] a importância não