Ensino diferenciado na aula de Arduino: 3 níveis, 1 aula

Ensino diferenciado na aula de Arduino não significa planejar três aulas separadas: a turma inteira monta o mesmo projeto, mas cada projeto é dividido em três níveis. O nível básico faz o projeto funcionar e muda um valor, o nível intermediário acrescenta um novo comportamento ao projeto e o nível avançado muda a forma como o programa está estruturado. Você descobre em que nível cada aluno começa com um diagnóstico inicial de 10 minutos na primeira aula, e os grupos também não são fixos: eles mudam conforme a etapa da aula. Assim, o aluno que nunca viu código termina a aula com um semáforo funcionando, o aluno que já montou robôs está ocupado reescrevendo o mesmo semáforo sem delay(), e os dois ainda conseguem conversar sobre o mesmo circuito.

Este post traz todas as partes desse modelo: três perguntas e uma minitarefa para o diagnóstico inicial, uma tabela que transforma a pontuação em nível, tarefas prontas de nível básico/intermediário/avançado para quatro projetos grátis do BlueGrays, quando cada uma de quatro estratégias de agrupamento funciona, um menu de ampliação para os alunos rápidos, uma lista de andaimes para os alunos que precisam de apoio, uma forma de avaliar que mede cada um a partir do próprio nível e um roteiro de aula de 40 minutos, minuto a minuto. Todos os exemplos partem da mesma suposição: uma turma de 24 alunos, 12 kits de Arduino Uno, trabalho em duplas e uma aula de 40 minutos. A logística da sala (caixas dos kits, fila de ajuda, recolhimento) está no post sobre como ensinar Arduino para uma turma grande e a ordem semanal dos temas no plano de robótica e programação de 8 semanas; aqui o foco é só em como abrir a mesma aula para níveis diferentes.

O que é diferenciação numa aula de Arduino, e o que não é

Diferenciar significa que todos chegam ao mesmo objetivo por caminhos diferentes e com profundidades diferentes. Numa aula de Arduino, o objetivo geralmente é um conceito: saída digital, temporização, condições, entrada analógica. Se o objetivo da aula do semáforo é a ideia de que “a ordem e a duração dos comandos decidem como o programa se comporta”, o aluno do nível básico aprende isso mudando um valor de delay() e o aluno do nível avançado reconstruindo a temporização com millis(). Os dois aprenderam a mesma ideia, um na superfície e o outro em profundidade. A diferenciação pode mudar três coisas: a própria tarefa (o que é feito), o apoio (quanta ajuda existe) e o produto (como o aluno mostra o que aprendeu). O modelo deste post usa as três juntas.

Diferenciar não é: dar ao aluno rápido mais do mesmo trabalho (acender dez LEDs em vez de cinco não é profundidade, é só a mesma tarefa demorando mais), mandar o aluno mais lento para um projeto mais fácil (aí a turma não consegue conversar sobre a mesma coisa) nem rotular os alunos como “grupo fraco” e “grupo forte” o ano inteiro. Com Arduino esse rótulo ainda engana, porque a habilidade cresce em três frentes separadas: montar circuitos, ler código e depurar. Um aluno que já montou um robô pode ligar um circuito de olhos fechados e nunca ter lido o código; um aluno que nunca viu um circuito, mas teve aulas de Python na escola, pode entender um bloco if antes de todo mundo. Por isso os níveis são dados às tarefas, não aos alunos, e um aluno pode subir de nível em qualquer aula.

Um diagnóstico inicial de 10 minutos na primeira aula

O diagnóstico inicial não vale nota, serve para distribuir as tarefas na primeira semana; diga isso aos alunos desde o início. Ele é feito individualmente e no papel, para que os alunos que trabalham em dupla não fiquem à sombra um do outro. Leva 10 minutos no total, e corrigir as 24 folhas depois da aula leva cerca de 10 minutos. Cada item vale 0, 1 ou 2 pontos, num total de 8.

1. Pergunta de conceito (2 min): “Por que colocamos um resistor no meio quando ligamos um LED ao Arduino?” Quem diz que ele limita a corrente ganha 2, uma meia resposta como “para o LED não queimar” ganha 1, em branco ganha 0.
2. Pergunta de leitura de código (2 min): Escreva quatro linhas no quadro: digitalWrite(2, HIGH); delay(1000); digitalWrite(2, LOW); delay(1000); Pergunta: “O que esse código faz? O que muda se você escrever delay(200) em vez de delay(1000)?” Explicar as duas coisas corretamente vale 2, só uma vale 1.
3. Declaração de experiência (1 min): “O que você já montou antes?” Nada vale 0; programação em blocos ou um projeto passo a passo de um kit vale 1; um projeto em que escreveu ou alterou o próprio código vale 2.
4. Minitarefa (4 min): Entregue um desenho impresso de um circuito de LED com dois erros: o LED está invertido e falta o resistor. O aluno circula os erros e escreve como corrigi-los. Encontrar os dois vale 2, encontrar um vale 1.
5. Recolher (1 min): Recolha as folhas. Não diga a pontuação a ninguém antes da próxima aula; os níveis são distribuídos discretamente na primeira aula, com cartões de tarefa.

Você pode complementar o diagnóstico no papel com duas ferramentas do BlueGrays. A primeira é o Teste de nivelamento na seção Perguntas do dia: esse teste de 15 perguntas coloca o aluno em um de seis níveis (A1 Primeira luz, A2 Construtor de circuitos, B1 Explorador de sensores, B2 Criador de projetos, C1 Projetista de sistemas, C2 Mestre da oficina). Como correspondência aproximada, você pode considerar A1–A2 como nível básico, B1–B2 como intermediário e C1–C2 como avançado. A segunda é a terceira pergunta da Busca de projetos, Quanta experiência você tem?: as três opções (Este será meu primeiro projeto, Já montei alguns projetos, Já tenho prática, quero um desafio) correspondem quase uma a uma aos três níveis e mostram como o aluno se vê. Você pode passar as duas como lição de casa antes da primeira aula; a diferença entre o resultado delas e a pontuação no papel mostra quem você deve observar de perto. As perguntas do teste de nivelamento e o sistema de níveis estão explicados em detalhes no post sobre as Perguntas do dia.

Mesmo projeto, três níveis: um modelo com quatro projetos grátis

A regra do modelo é simples. O nível básico faz o projeto funcionar, muda um valor e observa o resultado; na maioria das vezes, essa é a tarefa Tente você mesmo da aba Entenda o código do projeto. O nível intermediário acrescenta um novo comportamento ao projeto: um botão, um LED, uma condição ou uma saída no Monitor Serial. O nível avançado muda a estrutura do programa: millis() em vez de delay(), um array e um laço em vez de linhas repetidas, manter um estado entre dois limites. Os quatro projetos abaixo são totalmente grátis no BlueGrays, com esquema do circuito, código, blocos e Entenda o código; nenhum aluno da turma precisa de Premium.

Use a tabela como cartões de nível: imprima os três cartões de cada projeto em papel A5 e entregue a cada dupla o cartão do seu nível, mas deixe os outros dois cartões no meio da mesa. Uma dupla que termina o cartão básico pode pegar o cartão intermediário; uma dupla com dificuldade no cartão avançado também pode voltar ao intermediário, e isso não conta como fracasso. Os detalhes de circuito e código da tarefa do botão de pedestre do nível intermediário estão no post sobre semáforo com Arduino, e a temporização sem bloqueio que está por trás do nível avançado, no post sobre millis() e delay(). Todos os níveis são montados sobre o mesmo circuito-base, então a turma conversa sobre um só esquema e o aluno avançado pode dizer ao colega do nível básico: “olha, eu não tenho aquela linha de delay() que você mudou”.

Estratégias de agrupamento: qual usar e quando?

Numa turma com níveis variados, um único método de agrupamento não basta para a aula inteira. No agrupamento flexível, os grupos mudam conforme a etapa da aula: grupos mistos explicam uns aos outros quando um conceito novo é apresentado, duplas de nível parecido avançam no próprio ritmo durante as tarefas por nível e os especialistas circulam no final. A tabela abaixo resume onde cada uma de quatro estratégias funciona e onde ela dá errado.

A programação em pares combina muito bem com uma aula de Arduino, porque o trabalho tem duas mãos: enquanto um aluno cuida do circuito e da Arduino IDE, o outro mantém o esquema e o código do projeto abertos no celular. O navegador orienta com “a perna longa do LED vermelho vai na fileira do D2” ou “olha o delay no fim do loop”, e o piloto executa. Trocar de função a cada 10 minutos impede que o aluno do nível básico numa dupla mista termine a aula sem ter tocado no teclado. Monte os grupos depois do primeiro diagnóstico, mas renove-os a cada 2–3 aulas com base na cor do cartão que os alunos estão pegando; uma dupla que subiu de cartão pode começar a próxima aula com um novo parceiro.

Um menu de ampliação para os alunos rápidos

Dizer ao aluno que termina cedo “ajude seu colega” é fácil, mas isso sozinho não é ampliação; esse aluno também deve aprender algo novo naquela aula. Com um menu de ampliação, o aluno sabe o que fazer assim que termina e não precisa vir até você. Escreva o menu no canto do quadro ou no verso do cartão do nível avançado.

• Tente você mesmo, mas sem dicas: Resolva a tarefa Tente você mesmo no fim da aba Entenda o código de cada projeto sem tocar nos botões Dica e Ver solução e depois compare a sua solução com a do app. Em seguida, escreva uma nova tarefa sobre o mesmo projeto para os colegas. Explicamos como as tarefas funcionam no post sobre o Entenda o código.
• Cartões do Guia de código: No Guia de código, cartões como millis(), arrays e tone() são a base das tarefas do nível avançado. Cada cartão termina com um miniteste e uma seção Ver nos projetos, para o aluno ver o comando em outros projetos, ordenados do mais fácil ao mais difícil. Você encontra a organização do guia no post sobre o guia de comandos do Arduino.
• Passar para os projetos Premium: Para um aluno que terminou os projetos grátis, o próximo passo são os projetos Premium com sensores, displays e motores. O aluno não precisa de cartão nem de assinatura própria para isso; basta um dos códigos de educador descritos abaixo.
• Criar o próprio projeto: Peça que criem um projeto que combine dois projetos grátis: por exemplo, Semáforo mais Luz noturna com LDR dá um semáforo que pisca em amarelo à noite. O aluno primeiro escreve no papel o objetivo, a lista de peças, a tabela de pinos e o plano de testes, e depois monta. O aluno pode compartilhar o projeto pronto, com fotos e código, como um tópico de Tutorial em Aprender > Fórum > Nova publicação; o tópico é público, não uma publicação exclusiva da turma.
• Função de monitor: Sentar na mesa de especialistas é uma tarefa, não um prêmio: o monitor só faz perguntas e explica, e não mexe nos fios. Passar uma aula como monitor e a seguinte na própria tarefa avançada faz o aluno rápido avançar tanto explicando quanto fazendo.
• Uma meta de subir de nível: Nas Perguntas do dia, quando o nível do aluno chega a 100% e ele já respondeu perguntas suficientes naquele nível, a prova para avançar de nível é liberada; acertar 9 de 10 faz o aluno subir um nível. Definir no início do período a meta de “subir um nível” é uma ampliação que continua também fora da aula.

Você não precisa comprar códigos para a turma inteira para liberar os projetos Premium a alguns alunos rápidos. A tela Pacotes para educadores no Perfil tem pacotes de 5, 10 ou 50 códigos, mensais ou anuais. O pagamento é único e não é renovado automaticamente; o aluno digita o código na tela Resgatar código e vira Premium sem adicionar cartão à conta Apple ou Google. Códigos não usados não expiram, e na tela Meus códigos você vê quem usou cada código. Cada código de um pacote anual tem 6 transferências e cada código de um pacote mensal tem 1: se a necessidade passar para outro aluno durante o período, você pode cancelar um código usado e criar um novo com o tempo restante. No pacote de 10 códigos, o custo por aluno é cerca de 20% menor do que no de 5; você vê o preço atual para o seu país na mesma tela. Avise uma coisa aos alunos logo de início: quando um aluno resgata um código, o nome, o nome de usuário, o e-mail e a foto de perfil dele são compartilhados com o educador que deu o código. Tratamos dos pacotes em detalhes no post sobre códigos Premium em quantidade para a turma.

Alunos que precisam de apoio: diminua a carga, não o objetivo

Para um aluno que precisa de apoio, a meta não é dar um projeto mais fácil, e sim tirar a carga desnecessária do caminho enquanto ele chega à mesma ideia no mesmo projeto. Se um aluno que nunca viu um circuito tenta aprender na primeira aula as conexões internas da protoboard, o lado certo do LED, como escolher a porta na Arduino IDE e o código, tudo de uma vez, ele termina a aula sem ter aprendido nada disso. Andaime significa que você carrega temporariamente parte dessa carga; à medida que o aluno avança, você retira o andaime peça por peça.

• Circuito já montado: Entregue à dupla do nível básico o circuito já montado, ou meio circuito com só a parte da protoboard pronta. Assim os primeiros 15 minutos não vão embora na fiação e a energia do aluno vai para a pergunta “qual linha muda o quê?”. Na segunda aula ele monta metade do circuito sozinho, na terceira, o circuito inteiro.
• Ver em blocos e Entenda os blocos: A chave Ver em blocos na página do projeto mostra o mesmo programa em blocos; com ela ativada, a aba Entenda o código vira Entenda os blocos e explica o programa bloco a bloco, passo a passo. Os blocos servem para leitura, e o que vai para a placa continua sendo o código real do projeto, mas um aluno que lê o bloco “se value < 50” não tem dificuldade para achar a linha if (value < 50) no código.
• Cartões de passo: Divida o circuito e a tarefa em 5–6 cartões, com um passo por cartão: “Encaixe a perna longa do LED vermelho na fileira do D2”, “Coloque o resistor de 330 Ω entre a perna curta do LED e a fileira do GND”. O aluno vira o cartão quando termina. Os cartões tornam o progresso visível e diminuem as perguntas do tipo “e agora, o que eu faço?”.
• Modo Vamos montar juntos: O modo Vamos montar juntos do app divide o projeto em quatro passos: Prepare os componentes, Monte o circuito, Carregue o código, Execute e teste. Nesse modo a tela fica ligada e o aluno pode continuar do passo em que parou. Para uma dupla do nível básico que deixa o celular na mesa, funciona como um baralho de cartões de passo pronto. Os detalhes do modo estão no post sobre o primeiro projeto Arduino.
• Metas curtas: Divida os 40 minutos em três metas pequenas e escreva-as no quadro: “1. Os LEDs acendem em sequência”, “2. Mudei a duração do amarelo”, “3. Expliquei minha mudança em uma frase”. O aluno que marca cada meta vê, no fim da aula, o que conseguiu.
• A seção Se precisar de ajuda: A seção Se precisar de ajuda da aba Entenda o código lista sintomas comuns e as soluções. Ensinar os alunos do nível básico a olhar ali primeiro, depois perguntar a um colega e só então vir até você é o primeiro passo para que resolvam problemas sozinhos.

Para uma dupla do nível básico, uma aula bem-sucedida é assim: no projeto Luz noturna com LDR o circuito já vem montado, os alunos leem os blocos e dizem com as próprias palavras “se o valor for menor que 50, o LED acende”, mudam o limite para 300 e carregam o código, cobrem o LDR com as mãos para ver que agora o LED acende mais cedo e, na pergunta de saída, escrevem “quanto maior o limite, menos escuridão é preciso para o LED acender”. É menos código do que a tarefa de histerese do nível avançado, mas chega à mesma ideia: o programa compara uma medição com um número e decide. Na próxima aula com LDR, a mesma dupla pode ler o valor no Monitor Serial e escolher o limite sozinha, o que a leva naturalmente ao nível intermediário.

Avaliação justa: cada um é medido a partir do próprio nível

Numa aula diferenciada, avaliar todos pelos mesmos critérios é injusto de duas formas: o aluno do nível básico tira nota baixa porque nunca escreve millis(), e o aluno avançado tira a nota máxima sem nunca ser desafiado. A solução é dividir a avaliação em duas partes. A primeira são os critérios de processo, iguais em todos os níveis: prever e testar, explicar o que fez, encontrar o erro. A segunda é se o aluno atingiu o objetivo do próprio nível e quanto avançou desde o primeiro diagnóstico. A tabela abaixo mostra como o mesmo critério fica no grau “objetivo atingido” em cada nível. Para critérios detalhados, formulário de entrega e portfólio, veja o post rubrica de avaliação para aulas de Arduino.

Um exemplo para calcular a nota: de 100 pontos, dê 40 aos critérios de processo, iguais em todos os níveis (previsão, explicação, depuração), 40 ao objetivo do nível do aluno e 20 ao progresso. A nota de progresso considera se o aluno subiu de nível durante o período e quanto melhorou a frente fraca identificada no diagnóstico (circuitos, leitura de código ou depuração). Digamos que um aluno que fez 2 pontos no diagnóstico começou a pegar cartões do nível intermediário na metade do período: ele ganha a nota máxima de progresso. Um aluno que fez 8 e passou o período inteiro terminando tarefas avançadas sem nunca ser desafiado só ganha os pontos de progresso tentando algo novo, por exemplo atuando como monitor ou criando o próprio projeto. Deixe como base comum que, no fim do período, todos consigam fazer sozinhos o nível básico de todos os projetos; assim o nível não é nem o teto nem o piso da nota.

Um roteiro de aula diferenciada de 40 minutos: Semáforo

O roteiro abaixo usa o projeto Semáforo e foi planejado para a primeira aula depois do diagnóstico inicial. Digamos que, depois do diagnóstico, 5 das 12 duplas receberam o cartão básico, 4 o intermediário e 3 o avançado. Na leitura do projeto, duas duplas dividem uma mesa em disposição mista (uma dupla do básico e uma do intermediário ou avançado); na montagem e nas tarefas por nível, cada dupla volta para o próprio kit. O início e o fim da aula são iguais para todos, e o meio se divide em três níveis.

Cada pergunta de saída pede uma resposta de uma frase e define a distribuição dos níveis na aula seguinte. Básico: “Se você mudar a linha delay(2000) para delay(5000), qual luz fica acesa e por quantos segundos?” Intermediário: “O que o seu programa faz se você apertar o botão bem no momento em que o amarelo está aceso, e por quê?” Avançado: “Por que, na versão que usa delay(), apertar o botão às vezes não funciona?” Um aluno do nível básico que responde corretamente é convidado a tentar o cartão intermediário na próxima aula; se a resposta avançada for vaga, esse aluno fica mais uma aula no cartão avançado.

• Folhas do diagnóstico corrigidas e nível inicial de cada aluno anotado.
• Os três cartões de nível do projeto impressos, com cópias suficientes para o meio de cada mesa.
• Circuitos prontos ou meios circuitos e cartões de passo preparados para o nível básico.
• Material extra para os níveis intermediário e avançado (botão, LED, 330 Ω, buzzer passivo) separado por dupla.
• Combinações das mesas mistas anotadas para a etapa de leitura; 2–3 alunos avançados escolhidos para a mesa de especialistas.
• Menu de ampliação escrito no canto do quadro, metas curtas no quadro.
• Perguntas de saída prontas em papeizinhos separados para os três níveis; a distribuição dos níveis da próxima aula será atualizada a partir desses papéis.

Uma turma com níveis variados, bem organizada, não é um problema, e sim um recurso: o aluno avançado se aprofunda explicando, e o aluno do nível básico continua participando da turma ao conversar sobre o mesmo projeto. Ao planejar sua próxima aula, você pode começar por um dos quatro projetos da tabela; todos têm esquema do circuito, código, blocos e a seção Entenda o código grátis no app BlueGrays, e você pode tirar os cartões de nível diretamente das tarefas Tente você mesmo.