Desenvolvimento de um laboratório remoto de arquitetura aberta e baixo custo para o ensino e aprendizagem de associações de resistores

Abstract

A experimentação é fundamental no Ensino de Física, mas sua implementação é frequentemente limitada por altos custos e barreiras geográficas. Esta pesquisa aborda essa problemática ao investigar como tecnologias de arquitetura aberta podem democratizar o acesso a práticas laboratoriais. O objetivo geral foi conceber, desenvolver e validar tecnicamente o Laboratório Remoto de Arquitetura Aberta e Baixo Custo (LRAABC). A metodologia fundamentou-se na Design Science Research Methodology (DSRM), seguindo os ciclos de identificação do problema, definição dos objetivos, projeto, desenvolvimento, demonstração e avaliação. O artefato foi construído com componentes open source, integrando Arduino para controle físico, Raspberry Pi como servidor de borda e Node.js para a interface web. A avaliação do artefato concentrou-se na funcionalidade e precisão técnica, utilizando protocolos de teste de bancada e comparação de dados reais com modelos teóricos. Os resultados demonstram que o LRAABC é um sistema funcional de ponta a ponta, com custo significativamente inferior às soluções comerciais e precisão adequada para fins didáticos. O principal achado confirma a viabilidade de laboratórios remotos (LR) robustos baseados exclusivamente em tecnologias abertas, preenchendo a lacuna de replicabilidade em contextos de restrição orçamentária. Conclui-se que o LRAABC representa uma contribuição tangível para as Tecnologias da Informação e Comunicação na Educação, recomendando-se, para estudos futuros, a avaliação do impacto pedagógico e da usabilidade com estudantes em ambiente real.

Abstract: Experimentation plays a crucial role in Physics education, yet its implementation is often hindered by high costs and geographical barriers. This study addresses these challenges by exploring how open-architecture technologies can democratize access to laboratory practices. The main objective was to design, develop, and technically validate the Low-Cost Open-Architecture Remote Laboratory (LRAABC). The research methodology was based on the Design Science Research Methodology (DSRM), encompassing the cycles of problem identification, objective definition, design, development, demonstration, and evaluation. The artifact was built using open source components, integrating Arduino for physical control, Raspberry Pi as an edge server, and Node.js for the web interface. The evaluation focused on functionality and technical accuracy, employing bench test protocols, and comparing real-time measurements with theoretical models. Results indicate that the LRAABC is a fully functional end-to-end system, offering significantly lower costs than commercial solutions while maintaining adequate precision for educational purposes. The findings confirm the feasibility of robust Remote Laboratories built exclusively with open technologies, addressing the replicability gap in budget-constrained contexts. This research contributes to the field of Information and Communication Technologies in Education and recommends future studies to assess pedagogical impact and usability with students in real-world environments.