Desenvolvimento de oficinas de pensamento computacional e pensamento matemático para alunos do ensino fundamental: uma abordagem para fomentar habilidades do Século XXI

Abstract

O modelo tradicional de ensino aplicado nas escolas frequentemente leva os estudantes da Educação Básica a um desempenho insatisfatório nas áreas STEAM (Ciência, Tecnologia, Engenharia, Artes e Matemática), em parte devido à falta de compreensão de diversos conceitos físicos e matemáticos, bem como ao uso limitado de recursos tecnológicos na abordagem de temas complexos. Este estudo teve como objetivo avaliar o impacto de oficinas interdisciplinares de robótica, fundamentadas na Aprendizagem Baseada em Projetos (PBL), no desenvolvimento das habilidades de pensamento computacional e pensamento matemático entre estudantes do Ensino Fundamental. Nesse contexto, as oficinas de robótica foram concebidas para potencializar as habilidades dos alunos e facilitar a aprendizagem de conceitos fundamentais nessas áreas, por meio da adoção de uma abordagem de ?aprender criando?. As oficinas foram caracterizadas por atividades práticas e exemplos aplicados, utilizando a metodologia ativa PBL, que emprega o \"aprender fazendo\" como força propulsora para uma educação mais significativa. Além de avaliar o impacto dessas oficinas no desenvolvimento de habilidades cognitivas, o estudo também buscou analisar as percepções dos estudantes e seus níveis de engajamento ao longo das atividades. As oficinas foram estruturadas em três módulos, totalizando 36 sessões de duas horas cada, realizadas semanalmente. Na primeira aplicação, participaram 38 alunos, divididos em dois grupos; na segunda, participaram 34 alunos. Este estudo qualitativo, de base prática, adotou a abordagem PBL e coletou dados por meio de observação, feedback dos alunos e análise dos produtos de aprendizagem. Cada módulo integrou unidades de programação visual, eletrônica básica, robótica e aplicações em Internet das Coisas (IoT), proporcionando aos alunos um ambiente de aprendizagem dinâmico e desafiador. A implementação das oficinas de Pensamento Computacional e Pensamento Matemático teve impacto positivo nos resultados de aprendizagem dos alunos do Ensino Fundamental da rede municipal de Santa Rosa do Sul. Observou-se aumento no engajamento, melhora na compreensão dos conceitos STEAM e desenvolvimento de habilidades como raciocínio lógico, criatividade e resolução de problemas. Os alunos demonstraram melhora significativa em lógica e resolução de problemas, evidenciada pelos projetos realizados e pelo aumento da autonomia nas tarefas. A metodologia PBL mostrou-se eficaz, tornando o ensino mais dinâmico e colaborativo. A robótica educacional facilitou a assimilação de conteúdos abstratos, incentivando o pensamento crítico e a autonomia dos estudantes. Relatos e observações indicaram que as atividades interativas tornaram o processo de aprendizagem mais envolvente e motivador. Os resultados reforçam a importância da integração de metodologias ativas e tecnologias na educação, demonstrando que a robótica pode ser uma ferramenta eficaz para melhorar o desempenho acadêmico e promover a inovação educacional. Esses achados sugerem que a integração da robótica educacional por meio de metodologias ativas pode promover um engajamento cognitivo mais profundo e servir como modelo replicável de inovação em contextos públicos de ensino com poucos recursos.

Abstract: The traditional teaching model applied in schools often leads Basic Education students to underperform in STEAM areas (Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics), partly due to a lack of understanding of various physical and mathematical concepts, as well as the limited use of technological resources in addressing complex topics. This study aimed to evaluate the impact of interdisciplinary robotics workshops, grounded in Project-Based Learning, on the development of computational and mathematical thinking skills among elementary school students. In this context, robotics workshops were conceived to enhance students' skills and facilitate the learning of fundamental concepts in these areas, by adopting a learn-by creating approach. The workshops were characterized by hands-on activities and applied examples, using Project-Based Learning (PBL), an active methodology that employs learning by doing as a driving force for more meaningful education. In addition to evaluating the impact of these workshops on the development of cognitive skills, the study also aimed to analyze students? perceptions and engagement levels throughout the activities. The workshops were structured into three modules, totaling 36 sessions of two hours each, held once a week. In the first round, 38 students participated, divided into two groups, while 34 students participated in the second round. This qualitative, practice-based study adopted a project-based learning approach and collected data through observation, student feedback, and analysis of learning products. Each module integrated units covering visual programming, basic electronics, robotics, and applications within the Internet of Things (IoT), providing students with a dynamic and challenging learning environment. The implementation of the Computational and Mathematical Thinking workshops had a positive impact on the learning outcomes of elementary school students in the municipal education network of Santa Rosa do Sul. Increased engagement, improved understanding of STEAM concepts, and the development of skills such as logical reasoning, creativity, and problem-solving were observed. Students demonstrated a significant improvement in logic and problem-solving skills, as evidenced by project outcomes and increased task autonomy. The Project-Based Learning (PBL) methodology proved effective, making teaching more dynamic and collaborative. Educational robotics facilitated the assimilation of abstract content, encouraging critical thinking and student autonomy. Reports and observations indicated that interactive activities made the learning process more engaging and motivating. The results reinforce the importance of integrating active methodologies and technology into education, demonstrating that robotics can be an effective tool for enhancing academic performance and promoting educational innovation. These findings suggest that integrating educational robotics through active methodologies can foster deeper cognitive engagement and may serve as a replicable model for innovation in under-resourced public education contexts.