Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) no ensino de usinagem computadorizada: relato de experiência no IEMA Dr. João Bacelar Portela

Quando o assunto é ensinar, reflexões sobre os métodos didáticos são extremamente importantes, pois muitas vezes os métodos tradicionais de ensino não promovem um aprendizado conjunto e motivador capaz de promover aprendizagem efetiva, no qual o aluno se torna um dos autores na construção do próprio conhecimento (Gil, 2018).

Vista como um desafio presente nos diversos níveis e modalidades de ensino, a busca pela inovação nesse processo tem sido alvo de muitos pesquisadores, no sentido de desenvolver estratégias, aperfeiçoar técnicas e agregar meios que possibilitem o rompimento das barreiras da educação tradicional, de forma a promover o interesse e a interatividade na mediação do conhecimento.

O relato refere-se à experiência da disciplina eletiva Usinagem Computadorizada, do IP Dr. João Bacelar Portela, em que alunos e professores propuseram-se ao desenvolvimento de atividades em grupo utilizando a máquina de comandos numéricos computadorizados (CNC) disponível no Laboratório de Metrologia, bem como a resolução de problemas em grupo, considerando a efetiva participação nas discussões propostas durante a aula.

O relato de experiência procurou também detalhar a sequência didática utilizada, as ferramentas e os recursos tecnológicos empregados com vistas ao desenvolvimento de outras iniciativas no que tange ao ensino de outros componentes curriculares ligados a essa temática.

A máquina CNC MT2i da Boxford já estava instalada no Laboratório de Metrologia do instituto onde foi realizada a pesquisa. A partir de então, buscou-se a qualificação e o treinamento para sua operação junto às instituições parceiras (IFMA - Monte Castelo e IEMA - Itaqui Bacanga), para o desenvolvimento de projetos educacionais que pudessem integrar diversas disciplinas do eixo tecnológico, tais como Metrologia, Ciência dos Materiais, Processos de Usinagem, Segurança do Trabalho e disciplinas da Base Nacional Comum Curricular (BNCC), tais como Inglês, Física e Matemática.

Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP)

Os desafios e problemas de âmbito educacional no Brasil estão no topo das listas de discussões. No instante em que pensamos sobre o processo de ensino e a sua eficácia no desenvolvimento de aprendizagens significativas, novas práticas docentes e didático-pedagógicas, instrumentos e metodologias tomam espaço na sociedade e influenciam seu desenvolvimento. A Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) é uma metodologia ativa construída por atividades de aprendizagem e tarefas contextualizadas que trazem desafios sobre os quais os estudantes precisam refletir e propor alternativas para resolução. Metodologias ativas são aquelas em que “o aprendizado se dá a partir de problemas e situações reais” (Morán, 2015, p. 19). Essas atividades geralmente refletem os problemas que as pessoas costumam enfrentar em seu cotidiano, dentro ou fora da sala de aula.

As origens da ABP dão margem às concepções pedagógico-didáticas entre os séculos XIX e XX, nas ideias de John Dewey, difundidas por Kilpatrik (Diniz, 2015) e vêm sendo utilizadas para reforçar iniciativas de transformação na prática pedagógica, com a intenção de trazer significado ao processo de ensino-aprendizagem que desenvolva competências e habilidades exigidas no século XXI, a exemplo da colaboração, tomada de decisões e resolução de problemas.

Entende-se que a relação a qual o aluno estabelece com o objeto de conhecimento tem influência direta na sua aprendizagem. Desse ponto de vista, percebe-se que é extremamente necessário que os professores procurem descobrir quais estímulos ou instrumentos devem ser utilizados   para   a   abordagem   de   determinado   conteúdo (Oliveira, 2020; Malheiros, 2019).

A Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) é um método de ensino que busca ensinar conteúdos curriculares por meio de situações reais e significativas, considerando o contexto em que os alunos estão inseridos (Bender, 2014). O método está baseado no trabalho cooperativo e incentiva os alunos no desenvolvimento de um produto final como resultado de seus estudos/esforços; esse resultado final é indicativo da capacidade do aluno em entender o processo e correlacionar/integrar vários componentes curriculares ligados à temática estudada.

Entre as seis premissas do modelo pedagógico do IEMA destacamos o protagonismo, que tem como objetivo a formação de jovens autônomos, solidários e competentes, atuantes no mundo do trabalho e partícipes nas mudanças sociais. A ABP favorece o desenvolvimento do protagonismo, o que vem ao encontro do modelo institucional do IEMA, que prima por uma educação de excelência.

De acordo com Santos (2020), uma das principais vantagens da ABP é o envolvimento dos alunos no processo ensino-aprendizagem. Quando desafiados a colocar em prática os conhecimentos adquiridos, visando encontrar soluções para demandas de uma empresa real, o envolvimento e o comprometimento dos alunos com o trabalho parece aumentar. É importante destacar que a pesquisa realizada por Gijbels et al. (2005) concluiu que a ABP, devido ao seu caráter transdisciplinar, possibilita uma melhor compreensão dos conceitos, e o percentual pode atingir até 30%.

Princípios da usinagem computadorizada

A usinagem computadorizada é um processo de fabricação moderno em que uma ferramenta de corte, por meio de uma programação predefinida, usina uma peça com formato final simples ou complexo.

Silva (2002) destaca que os equipamentos CNC, muito empregados atualmente, operam em um sistema cartesiano de coordenadas, sendo X e Z os eixos trabalhados no processo de torneamento. Por esse sistema de coordenadas, é possível deslocar a ferramenta de corte para pontos específicos da peça. A forma como a ferramenta se desloca entre esses pontos pode ser definida por meio dos comandos ou das funções tecnológicas (raios, chanfros, entalhes etc.). O processo lógico para o desenvolvimento de uma peça está ilustrado na Figura 1.

De acordo com Volpato (2019), com o desenvolvimento de computadores mais modernos, as informações e os procedimentos necessários para execução do processo passaram a ser recebidos e compilados por meio de mídias digitais, em um software que permite a simulação da fabricação da peça e informa, mediante parâmetros de velocidade e avanço, dentre outros, a estimativa de tempo necessária para sua fabricação.

A disciplina eletiva

A existência de disciplinas eletivas no IEMA segue as normativas previstas no Plano de Desenvolvimento Institucional – PDI (IEMA, 2022). As disciplinas eletivas incluem-se na parte diversificada da estrutura curricular e têm como objetivo atender às características regionais e locais de modo a complementar e a integrar os componentes curriculares da BNCC e da Base Técnica. Com a parte diversificada, é possível ampliar o repertório de conhecimentos do educando, favorecendo a busca pelo prazer em aprender. O PDI do IEMA (2019-2022) define as disciplinas eletivas como

disciplinas temáticas, oferecidas semestralmente, propostas pelos professores e/ou estudantes, visando diversificar, aprofundar e enriquecer os conteúdos e temas trabalhados nos componentes curriculares, obrigatoriamente articulando a Base Nacional Comum Curricular e Base Técnica, com carga horária mais curta.

A disciplina eletiva Usinagem Computadorizada possui carga horária de 40h e trata da usinagem realizada por comandos numéricos computadorizados, muito utilizada pela indústria da manufatura para fabricação de componentes mecânicos e equipamentos. A existência da disciplina justifica-se pelo constante avanço dos processos produtivos, uma vez que os métodos de fabricação contidos nela mesclam diversos processos existentes (torneamento, furação, fresamento etc.). A Tabela 1 traz os objetivos e conteúdos programáticos da disciplina.

Tabela 1: Objetivos e conteúdos abordados na disciplina Usinagem Computadorizada

Objetivos

Conteúdos – objetos do conhecimento

Ampliar a visão de atuação do aluno na área técnica. Diferenciar os processos convencionais de usinagem e os processos acionados por comandos numéricos computadorizados. Entender os princípios da usinagem CNC com aplicação industrial para máquinas operatrizes (torno e fresa). Entender comandos, movimentos e funções e relacioná-los às operações industriais em estudos de casos envolvendo a usinagem CNC.

Contextualização e atuação profissional. Processos convencionais de usinagem x Usinagem via CNC. Metrologia. Os princípios da usinagem CNC com aplicação industrial para máquinas operatrizes. A importância dos softwares CAM para operações de manufatura. Os principais comandos, movimentos e funções. Compartilhando experiências utilizando o app CNC Simulador.

Nesse sentido, é fundamental que se tenha conhecimento teórico e prático sobre a aplicação da usinagem CNC, pois acredita-se que o discente com esses conhecimentos agrega meios para o engajamento profissional na área, que tem se mostrado promissora em um ambiente industrial.

Metodologia

Este trabalho tem como referência a metodologia adotada por Santos et al.(2018), com a adição de algumas etapas peculiares ao trabalho. Vale ressaltar que, em virtude do caráter técnico de algumas etapas, alguns critérios foram adotados previamente para a definição da metodologia. De acordo com os objetivos, a metodologia deste trabalho está baseada nas seguintes etapas:

Etapa 1

• Conhecimentos preliminares sobre usinagem;
• Ensino de sistema de coordenadas absolutas e incrementais;
• Ensino de funções preparatórias ou comandos tecnológicos da máquina CNC.

Etapa 2

• Escolha do desenho da peça a ser fabricada na máquina CNC;
• Simulação do processo de fabricação e verificação de possíveis erros;
• Corte, posicionamento e alinhamento do tarugo para usinagem;
• Acompanhamento da fabricação;
• Retirada da peça;
• Limpeza e organização da máquina para os próximos trabalhos.

Etapa 3

• Análise dos resultados;
• Reflexões sobre a experiência.

A Etapa 1 do trabalho consiste em ensinar aos alunos conhecimentos preliminares de usinagem, uso de ferramentas, aspectos gerais do uso do fluido de corte e critérios relacionados a segurança do trabalho. Partindo para os conhecimentos mais tecnológicos, nessa etapa os alunos também são ensinados sobre o princípio de funcionamento e os sistemas de coordenadas das máquinas CNC, coordenadas absolutas, incrementais e funções preparatórias para a execução dos trabalhos.

A Etapa 2 consiste em aperfeiçoar habilidades que os alunos já possuam de desenho auxiliado por computador (CAD), realização de simulações no programa Boxford V10 CAD/CAM de peças que serão fabricadas, preparação da máquina para usinagem, acompanhamento do processo e realização dos procedimentos finais após a usinagem. Vale destacar que a experiência abordará a fabricação de três peças – uma peça teste e duas peças de jogo de xadrez (peão e bispo). As dimensões utilizadas para fabricação das peças têm como referência modelos disponibilizados na internet e que podem ser facilmente desenhados no programa Boxford V10 CAD/CAM da máquina.

O software Boxford V10 CAD/CAM é um conjunto constituído por inúmeras ferramentas CAD/CAM que possibilitam a criação de programas de código G dentro dos padrões de programação da Fanuc ISO. Com esse software é possível realizar o desenho da peça a ser usinada, o dimensionamento do material a ser utilizado, os parâmetros de corte, como rotação, avanço e perfil da ferramenta (no caso de cortes utilizando os comandos manuais da máquina) e a simulação de todo o processo.

A Etapa 3 consiste na análise dos resultados de todo o processo, tanto no que diz respeito aos procedimentos técnicos e indicações de melhorias como à reflexão sobre a prática docente no ensino tecnológico do componente curricular. O equipamento utilizado durante o estudo possui um carro combinado (permite movimentos na vertical e na horizontal), contendo as funções de torneamento e fresamento, capaz de usinar metais mais dúcteis (alumínio, cobre e suas ligas), polímeros e ceras.

A comunicação com o software instalado em um computador pode se dar por conectividade USB ou via rede. A Figura 2 mostra a Máquina CNC MT2i da Boxford utilizada nas atividades da disciplina eletiva.

O equipamento dispõe de oito ferramentas que são utilizadas mediante troca automática; por sua vez, elas permitem a utilização do centro de usinagem na função torno e fresa. As ferramentas de corte utilizadas são de aço temperado, e o modelo da ferramenta a ser utilizado depende do perfil do corte a ser feito pela máquina. Como material de trabalho, utilizaram-se os instrumentos relógio comparador (Mitutoyo 0-10mm X 0,01mm 2046s), paquímetro (em inox universal 150mm e R = 0,02mm) e tarugos de náilon (Ø 23mm) para usinagem, conforme ilustra a Figura 3.

Resultados e discussões

Sem dúvida, uma das maiores satisfações dos alunos no âmbito da Educação Profissional e Tecnológica é a materialização dos conhecimentos adquiridos por meio de aulas teóricas que culminam no desenvolvimento de projetos ou protótipos capazes de integrar conhecimentos de diferentes componentes curriculares.

Como resultados deste trabalho, podemos destacar alguns pontos: a capacidade dos alunos em assimilar os conteúdos e contextualizar com outras disciplinas, a interatividade dos alunos no desenvolvimento das aulas práticas, a habilidade nos procedimentos preparatórios e no manuseio da máquina CNC durante o processo e a realização dos diversos questionamentos levantados pelos alunos, o que indica o nível de interesse deles em relação ao conteúdo abordado. A Figura 4 ilustra momentos de interatividade com os alunos e alguns professores parceiros na experiência realizada no Laboratório de Metrologia do IEMA Pleno Dr. João Bacelar Portela.

A experiência com os alunos foi bastante enriquecedora, apesar de termos desenvolvido apenas a função de torneamento da máquina, com a proposta de trabalhar futuramente a função de fresamento. Embora a máquina CNC permita realizar toda a fabricação da peça de forma automática, é possível trabalhar manualmente na unidade de controle para que os alunos pudessem entender todo o princípio de funcionamento da máquina e a sensibilidade dela aos movimentos solicitados.

Por ser uma atividade totalmente integradora, as aulas práticas possibilitaram ao professor trabalhar diversos conteúdos, como espaço geométrico, coordenadas, segurança do trabalho, materiais para ferramentas de corte, movimentos nos processos de usinagem, fluidos de corte, metrologia, processos de fabricação e aspectos gerais da manufatura subtrativa.

Ao término do desenho realizado no software Boxford V10 CAD/CAM e prosseguindo para o ambiente de simulação, foi possível observar as funções tecnológicas e os comandos trabalhados durante as aulas teóricas. As Figuras 5, 6 e 7 ilustram as peças fabricadas durante a disciplina eletiva.

O sucesso da Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) está diretamente relacionado à capacidade de envolver os alunos nas atividades propostas, de forma que eles possam assumir responsabilidades, apontar caminhos, sugerir e testar soluções. Nesse sentido, tal como mostra a pesquisa de Bassok et al. (1989), a aprendizagem tem relação direta com o estímulo utilizado pelo docente no processo.

Na pesquisa em destaque, os autores chegaram à seguinte conclusão: os alunos aprendem 10% do que leem, 20% do que veem, 30% do que ouvem, 50% do que veem e ouvem, 70% das atividades nas quais colaboram e 90% do que efetivamente fazem. Na experiência de construir algumas peças de um jogo de xadrez, os alunos tiveram a oportunidade de aprender uma nova tecnologia de grande aceitação no mercado de trabalho, pois é uma mão de obra bastante especializada para a operacionalização da máquina. Seguindo uma sequência baseada numa produção industrial, os alunos tiveram a experiência de desenhar as peças, posicionar o material de corte, preparar a máquina e iniciar a usinagem da peça. Como resultado do processo, obtiveram-se as peças de xadrez peão e bispo, com a previsão de construir mais peças como forma de divulgar o ensino tecnológico desenvolvido no instituto.

Com a finalização das primeiras peças, foi possível apresentar o trabalho na Culminância da Eletivas (2022.1), evento realizado no IEMA Pleno Dr. João Bacelar Portela. A Figura 8 traz a participação dos alunos no evento.

Vale destacar que a ABP permite trabalhar as habilidades e competências essenciais para o mundo do trabalho, como criatividade e inovação, trabalho em equipe, foco, resolução de problemas e pensamento crítico. A apresentação do trabalho nos eventos citados também promove o aperfeiçoamento na comunicação, a habilidade de expor as ideias e a oportunidade de divulgar o trabalho, o que constitui uma forma de contribuir com a popularização da ciência e da tecnologia.

Com base nessa experiência, podemos avaliar que a ABP incentiva o protagonismo do aluno na sala de aula, uma vez que desenvolve no aluno a capacidade de iniciativa e o senso de responsabilidade na busca do cumprimento das etapas do projeto. Como enfatizado por Sousa Barbosa (2022), no método da ABP o professor atua como mediador do conhecimento e não como detentor, ou seja, sua função é exercer uma prática pedagógica voltada à orientação e mediação das aprendizagens nas múltiplas áreas do conhecimento.

Mediante o exposto, entende-se que a prática reflexiva (constituída por conhecimentos gerais, formação do professor e valores pessoais) liberta o professor de práticas tradicionais de ensino, ao passo que o direciona à aplicação de abordagens diferenciadas. Com o intuito de atingir os objetivos propostos, a prática reflexiva pode culminar em um planejamento de aulas mais participativas, que permita a ação docente de forma mais planejada, melhorando assim a prática do ensino e promovendo uma aprendizagem mais significativa (Sousa Barbosa, 2022).

Considerações finais

Diante do exposto, a Aprendizagem Baseada em Projetos para o ensino da usinagem computadorizada foi eficaz e atraente e permitiu aos alunos estimular a criatividade e colaboração, auxiliando na construção do seu conhecimento e na socialização. Dessa forma, a ABP facilitou aos alunos aplicar os conhecimentos adquiridos em situações reais, contribuindo de maneira significativa para a formação de profissionais capacitados e preparados para enfrentar os diversos desafios.

É importante ressaltar que o sucesso de toda e qualquer estratégia de ensino deve estar pautada no planejamento curricular, e este deve possibilitar a contextualização, a flexibilização e a interdisciplinaridade, tendo em vista a clareza do conteúdo, a compreensão de significados e a reflexão constante sobre a prática docente.

Embora a Aprendizagem Baseada em Projetos tenha se mostrado uma estratégia de ensino eficaz como facilitadora da aprendizagem, seu uso deve estar vinculado às etapas citadas anteriormente. Nesse processo, é importante que os professores estejam atentos às adequações necessárias para que todos os participantes se beneficiem e obtenham o maior aproveitamento possível no processo de ensino-aprendizagem.

Considerando a experiência no desenvolvimento de peças por meio da usinagem computadorizada, vale destacar que é de extrema importância o contato dos alunos com práticas que agregam meios para uma formação profissional consolidada, capaz de formar cidadãos aptos para resolver problemas da sociedade onde estão inseridos. Sendo assim, é possível observar que estratégias de ensino que priorizem uma experiência mais direta propiciam uma aprendizagem mais efetiva, capaz de potencializar o entendimento de todos os participantes e agregar meios para o desenvolvimento das competências profissionais necessárias para o mundo do trabalho.

Referências

BASSOK, M.; HOLYOAK, K. J. Interdomain transfer between isomorphic topics in algebra and physics. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, v. 15, nº 1, p. 153, 1989.

BENDER, W. N. Aprendizagem Baseada em Projetos: educação diferenciada para o século XXI. Porto Alegre: Penso, 2014.

DINIZ, Heloisa D. Proposta de aplicação da Pedagogia por Projetos no Ensino Médio. (Dissertação) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2015. Disponível em: http://www1.pucminas.br/imagedb/documento/DOC_DSC_NOME_ARQUI20151119104438.pdf. Acesso em: 23 fev. 2023.

GIL, A. C. Didática do Ensino Superior. 2ª ed. São Paulo: Atlas, 2018.

GIJBELS, David et al. Effects of problem-based learning: A meta-analysis from the angle of assessment. Review of Educational Research, v. 75, nº 1, p. 27-61, 2005.

MALHEIROS, B. T. Didática geral. 2ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019.

MORÁN, J. M. Mudando a educação com metodologias ativas. In: SOUZA, C. A. de; MORALES, O. E. T. (org.). Convergências midiáticas, educação e cidadania: aproximações jovens. V. II. Ponta Grossa: Foca Foto-Proex/UEPG, 2015. (Coleção Mídias Contemporâneas).

OLIVEIRA, Sebastião Luís de; SIQUEIRA, Adriano Francisco; ROMÃO, Estaner Claro. Aprendizagem Baseada em Projetos no Ensino Médio: estudo comparativo entre métodos de ensino. Bolema: Boletim de Educação Matemática, v. 34, p. 764-785, 2020.

INSTITUTO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MARANHÃO (IEMA). Plano de Desenvolvimento Institucional – PDI: 2019-2022. São Luís: IEMA/DAP, 2022.

SANTOS, D. F. et al. Desenvolvimento de metodologia para projeto e impressão 3D de uma mão biônica. Cadernos de Graduação, v. 16, nº 1, p. 43-54, 2018.

SANTOS, Ana Clarissa Matte Zanardo. Contribuições da Aprendizagem Baseada em Projetos: análise da utilização do método em disciplina do Curso de Administração. Percursos de inovação pedagógica: ensaios investigativos da prática docente, 2021.

SILVA, S. D. CNC: programação de comando numérico computadorizado - torneamento. 5ª ed. São Paulo: Érica, 2002.

SOUSA BARBOSA, Carlos Henrique; FONSECA MATOS, Emanuelle Oliveira da. Aprendizagem Baseada em Projetos: a didática como orientadora da prática pedagógica. Ensino em Perspectiva, v. 3, nº 1, p. 1-11, 2022.

VOLPATO, N. Introdução à tecnologia CNC e à programação manual de torno e fresadora. 7ª ed. Curitiba: Núcleo de Manufatura Aditiva e Ferramental, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2019. Apostila.