Desenvolvimento de plataforma experimental de eletricidade básica com acesso e controle remotos: uma abordagem implementada diretamente em microcontrolador.

Abstract

A Internet das Coisas (IoT) é considerada a tecnologia do século XXI. Na área de ensino, dentro do contexto da Educação 4.0, as tecnologias relacionadas à IoT merecem destaque por apresentarem um grande potencial inovador ao serem aplicadas na melhoria do processo de ensino-aprendizagem, especialmente contribuindo com o desenvolvimento de laboratórios remotos de baixo custo. A popularização dos computadores e microcontroladores de placa única, bem com uma ampla disponibilidade de sensores, fornecem infinitas possibilidades para a construção desses laboratórios. Com a pandemia da Covid-19, esse avanço tecnológico foi acelerado, pois várias instituições de ensino tiveram suas atividades presenciais suspensas, recomendando a educação à distância como medida de contenção de disseminação do vírus e alternativa para a continuidade de suas atividades. No ensino à distância existe uma dificuldade de formar nos alunos as habilidades que só são adquiridas com a experimentação prática em laboratórios. Apesar de haver vários estudos demonstrando que, em termos de engajamento e ganhos de aprendizagem para os alunos, os laboratórios remotos são equivalentes aos laboratórios tradicionais, seu uso no Brasil ainda é muito limitado. Nesse contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma plataforma experimental para o ensino de conceitos de eletricidade básica para estudantes do ensino médio e/ou técnico, com acesso e controle remotos, que, diferentemente da maioria das soluções encontradas na literatura, é implementada diretamente em um microcontrolador de placa única. Para isso, é proposta uma nova arquitetura simplificada em comparação a outros laboratórios remotos. Finalmente, para tornar mais intuitiva a interação do usuário do laboratório remoto, reduzindo a necessidade de supervisão e suporte adicional, também é desenvolvida uma interface gráfica na forma de um gêmeo digital do experimento prático.

The Internet of Things (IoT) is considered the technology of the 21st century. In the learning scenario, within the context of Education 4.0, IoT-related technologies deserve to be highlighted because they have great innovative potential when applied to improve the teaching-learning process, especially contributing to the development of low-cost remote laboratories. The popularization of single-board computers and microcontrollers, as well as the wide availability of sensors, provide endless possibilities for building these laboratories. With the Covid-19 pandemic, this technological advance was accelerated, as several educational institutions had their face-to-face activities suspended, recommending distance education as a measure to contain the spread of the virus and an alternative for the continuity of their activities. Despite several studies demonstrating that, in terms of engagement and learning gain, the remote laboratories are equivalent to the traditional ones, their employment in Brazil is still very limited. In distance learning, there is a difficulty in training students in skills that are only acquired with practical experimentation in laboratories. In this context, this work presents the development of an experimental platform for teaching basic electricity concepts for high school and or technical students, with remote access and control, which, unlike most solutions found in the literature, is implemented directly in a single board microcontroller. For this, it is proposed the use of an innovative and simpler architecture compared to other remote laboratories. Finally, to make the remote laboratory user interaction more intuitive, reducing the need for supervision and additional support, a graphical interface is also developed in the form of a digital twin of the hands-on experiment.