Sobre o desenvolvimento de laboratórios de física, virtuais e remotos, integrados a um ambiente hipermídia

Abstract

Considerando aspectos das experiências de ensino em meio à pandemia, que revelaram novas possibilidades para o ensino tanto presencial quanto remoto ou híbrido, nos propomos a investigar a construção de laboratórios remotos com experimentos de Física que pudessem ser acessados e operados à distância pelos alunos através web, usando um site, com adequada interface gráfica de usuário, ou de um celular. Investigamos etapas da construção do hardware e do software que permitissem o controle e manipulação de sistemas reais de experimentação, via internet, fazendo uso do conceito de internet das coisas (Internet of Things - IoT). Utilizamos um sistema de computação de pequena escala, que permite a programação de sua firmware (software que controla o sistema elétrico) por meio de uma IDE (Ambiente Integrado de Desenvolvimento), o Arduino, como elemento principal do hardware, atuando como controlador do arranjo experimental e como o servidor web. O gerenciamento de conexão de dispositivos via WiFi foi implementado utilizando-se da plataforma Blynk IoT. Trata-se de uma plataforma personalizável, que permite controlar remotamente hardwares programáveis, reportar dados de sensores e módulos, além de muitas outras funcionalidades. A investigação foi fundamentada na Teoria de Aprendizagem Multimídia de Richard E. Mayer, sem perder de vista as consolidadas teorias de aprendizagem e de psicologia cognitiva. A teoria de Mayer se apoia em três princípios fundamentais, Princípio de Duplo Canal, Princípio de Limitação da Capacidade Cognitiva e Princípio do Processamento Ativo, que dão origem a quinze princípios do design instrucional multimídia. Estes princípios nortearam aspectos construtivos do aparato eletrônico de controle e automação bem como do site, que incorporou diversos objetos de aprendizagem, compondo uma hipermídia sobre o tema da experimentação remota. Verificamos que a implementação dessas tecnologias exige um nível de expertise considerável no âmbito da informática, da eletrônica, bem como da psicologia e didática da aprendizagem multimídia, que não estavam prontamente disponíveis. Uma aplicação exploratória empírica, com vistas a tentar validar a utilização destes objetos de aprendizagem, incluindo o laboratório remoto, realizada no âmbito escolar, apontou dificuldades associadas à montagem experimental. Ainda assim, os resultados revelaram ótima aceitação por parte dos estudantes e sugerem eficácia na promoção da aprendizagem significativa. Palavras-chave: Experimentos de Física, Laboratório virtual, Laboratório remoto.Considering aspects of teaching experiences during the pandemic, which revealed new possibilities for both in-person and remote or hybrid teaching, we proposed to investigate the construction of remote laboratories with Physics experiments that could be accessed and operated remotely by students via the web, using a website with an appropriate graphical user interface, or from a cell phone. We investigated stages of hardware and software construction that would allow the control and manipulation of real experimental systems, via the internet, making use of the concept of the Internet of Things (IoT). We used a small-scale computing system, which allows the programming of its firmware (software that controls the electrical system) through an IDE (Integrated Development Environment), the Arduino Mega, as the main hardware element, acting as a controller for the experimental arrangement and as the web server. Device connection management via WiFi was implemented using the Blynk IoT platform. It is a customizable platform that allows remote control of programmable hardware, reporting data from sensors and modules, in addition to many other functionalities. The research was based on Richard E. Mayer's Multimedia Learning Theory, without losing sight of the consolidated theories of learning and cognitive psychology. Mayer's theory is based on three fundamental principles: the Dual Channel Principle, the Principle of Limitation of Cognitive Capacity, and the Principle of Active Processing, which give rise to fifteen principles of multimedia instructional design. These principles guided the constructive aspects of the electronic control and automation apparatus, as well as the website, which incorporated several learning objects, composing a hypermedia on the theme of remote experimentation. We found that the implementation of these technologies requires a considerable level of expertise in the areas of computer science, electronics, as well as psychology and didactics of multimedia learning, which were not readily available. An empirical exploratory application, with a view to trying to validate the use of learning objects, including the remote laboratory, carried out in the school environment, presented difficulties associated with the experimental setup. Even so, the results revealed great acceptance by students and suggested effectiveness in promoting learning in a meaningful way. Keywords: Physics Experiments, Virtual Laboratory, Remote Laboratory.