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REFERENCIAL PEDAGÓGICO OT91 Ottoni, Paulo César Alvim Referencial pedagógico do pensamento computacional/ Paulo César Alvim Ottoni; Belo Horizonte : Mind Makers Editora Educacional, 2019. ISBN: 978-85-92841-43-0 1. Pensamento Computacional I. Título CDU - 374:004 Versão 1 | Belo Horizonte/2019 * Conteúdo exclusivo para escolas parceiras. REFERENCIAL PEDAGÓGICO PENSAMENTO COMPUTACIONAL Referencial Pedagógico Disciplina de Pensamento Computacional 5Mind Makers | Referencial Pedagógico Sumário 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................................................................................................... 13 Mind Makers - Desenvolvendo Mentes Criativas ........................................................................................................................... 13 Educação Para o Século 21 ......................................................................................................................................................................14 Currículo ............................................................................................................................................................................................................ 15 Tecnologia Educacional .............................................................................................................................................................................16 Pensamento Computacional ................................................................................................................................................................... 18 Habilidades do Pensamento Computacional ..................................................................................................................................19 Seymour Papert e a Metacognição no Pensamento Computacional .................................................................... 20 Habilidades Socioemocionais ................................................................................................................................................................. 21 Empreendedorismo ....................................................................................................................................................................................22 Cultura Maker na Educação ....................................................................................................................................................................22 O ALUNO que Queremos Formar [Pessoa - Cidadão - Profissional] ................................................................................23 2 ESTRUTURA CURRICULAR....................................................................................................................................................................25 Núcleo ...............................................................................................................................................................................................................25 Eixos ...................................................................................................................................................................................................................26 Percursos ..............................................................................................................................................................................................28 Projetos .............................................................................................................................................................................................................29 Situações-Problema Interdisciplinares .................................................................................................................................. 30 Formação de Equipes de Projetos ..........................................................................................................................................33 Espiral Criativa ..............................................................................................................................................................................................33 Iteração de Aprendizagem Ativa - Aulas de Fundamentos (CODE, MAKER, DESIGN) ...............................33 Iteração de Aprendizagem Ativa - Aulas de Projeto (PROJECT) ............................................................................34 Espiral Criativa - Iterações em Complexidade Crescente ............................................................................................34 Aulas de “Arquitetura Computacional” (INTERNALS) ...................................................................................................35 Interdisciplinaridade ........................................................................................................................................................................35 Lições Suplementares de Cultura Digital (D-CULTURE) ..............................................................................................36 Cursos ..............................................................................................................................................................................................................37 Mind Makers Mini (Educação Infantil) ....................................................................................................................................37 Mind Makers Kids (Ensino Fundamental 1) ..........................................................................................................................38 Mind Makers Teens (Ensino Fundamental 2) ..................................................................................................................... 40 Versões “Bilíngue” .............................................................................................................................................................................41 Versões “14 x 90 minutos” ............................................................................................................................................................41 Estrutura Modular ........................................................................................................................................................................................42 Unidades em Cursos com Lições de 50 minutos .............................................................................................................42 Unidades em Cursos com Lições de 90 minutos .............................................................................................................43 Planos de Aula / Lições.................................................................................................................................................................43 Curso Extra-Curricular ..............................................................................................................................................................................45 Mind Makers Max ..............................................................................................................................................................................45 3 MÉTODO DE ENSINO-APRENDIZAGEM .........................................................................................................................................47 Os 4 P’s da Aprendizagem Criativa ....................................................................................................................................................47 Aprendizagem Ativa ..................................................................................................................................................................................48Aprendizagem Baseada em Projetos ................................................................................................................................................49 Engajamento do Aluno – Gamificação............................................................................................................................................. 50 O Jogo “League of Makers” .........................................................................................................................................................51 6 Honrarias e Critérios .......................................................................................................................................................................52 Patentes ................................................................................................................................................................................................54 Tabela de Pontuação Global .......................................................................................................................................................55 Engajamento dos Responsáveis...........................................................................................................................................................57 Material de Captação e Oficina para Pais ............................................................................................................................57 E-mail de Relacionamento ...........................................................................................................................................................57 Assistente de Voz .............................................................................................................................................................................58 Pesquisa de Percepção .................................................................................................................................................................59 Recursos Didático-Pedagógicos ..........................................................................................................................................................59 Plataforma Mind Makers .............................................................................................................................................................. 60 MMBlockly. ...........................................................................................................................................................................................62 Execução Automatizada de Processos Educacionais (EPMS) ................................................................................. 64 Plataforma MM como EPMS, por Tipo de Atividade .....................................................................................................65 Catálogo de Projetos Propostos (Inventoteca) e de Projetos da Escola .............................................................66 Aplicativos iOS e Android ............................................................................................................................................................67 Gamificação e Avaliação pela Plataforma MM ...................................................................................................................68 Kits Tecnológicos..............................................................................................................................................................................69 Ambientes de Programação .......................................................................................................................................................70 Ambientes de Design Digital ......................................................................................................................................................74 Caderno de Criações – Impresso do Aluno .........................................................................................................................75 Material de Apoio .............................................................................................................................................................................76 Sala de Aula 4.0. ...........................................................................................................................................................................................77 Arquitetura Física com Leiaute Flexível ................................................................................................................................78 Arquitetura de Hardware (Computadores e Dispositivos Móveis) ......................................................................... 80 Configuração Automatizada ........................................................................................................................................................81 Arquitetura de Software 4.0: Laboratório de Pensamento Computacional .......................................................82 4 OBJETIVOS E AVALIAÇÃO DA APRENDIZAGEM ......................................................................................................................85 Padrões de Aprendizagem Adotados ...............................................................................................................................................86 CSTA .......................................................................................................................................................................................................86 ISTE .........................................................................................................................................................................................................86 BNCC ......................................................................................................................................................................................................86 Habilidades Socioemocionais.....................................................................................................................................................89 Artificial Intelligence for Kids .................................................................................................................................................... 90 Outros padrões .................................................................................................................................................................................93 Objetivos de Aprendizagem Específicos .........................................................................................................................................93 Taxonomia de Bloom e Aprendizagem Ativa ................................................................................................................................93 Avaliação de Aprendizagem Ativa – Prova AP© CSP ...............................................................................................................95 Método de Avaliação da Disciplina do Pensamento Computacional ................................................................................96 5 PROCESSOS DE GESTÃO ......................................................................................................................................................................99 Os Agentes Educativos ............................................................................................................................................................................99 Contratação e Capacitação de Facilitadores ...............................................................................................................................100 Organização de Tempo – Calendário / Cronograma ................................................................................................................101 Problemas Comuns Relacionados ao Planejamento..................................................................................................... 102 Adaptações do Facilitador ........................................................................................................................................................ 103 Trilhas de Aprendizagem .......................................................................................................................................................................104 Trilhas Planejadas Completas ...................................................................................................................................................104 Trilhas Parciais .................................................................................................................................................................................. 105 Mind Makers Young – MY0 ........................................................................................................................................................106 Implantação ..................................................................................................................................................................................................106 Nivelamento de Alunos Ingressantes ...............................................................................................................................................108 Engajamento da Comunidade Escolar ............................................................................................................................................108 Considerações Finais ............................................................................................................................................................................... 110 6 NOTAS E REFERÊNCIAS ..........................................................................................................................................................................111 7 APÊNDICES ....................................................................................................................................................................................................113 Apêndice A: A BNCC e o Pensamento Computacional ........................................................................................................... 119 Apêndice B: Uma Nova Ciência na Educação Básica .............................................................................................................. 165 8 ANEXOS ...........................................................................................................................................................................................................115 Anexo I: Operational Definition of Computational Thinking ...................................................................................................171 Anexo II: Pensamento Computacional – J. WING 2006 ..........................................................................................................173 Anexo III: Pensamento Computacional – J. WING 2016 .......................................................................................................... 178 7Mind Makers | Referencial Pedagógico PREFÁCIO Este Referencial Pedagógico trata especificamente do Pensamento Computacional (PC), a nova disciplina da educação básica. Com ele, esperamos contribuir com os diversos agentes educativos (gestores, coordenadores, professores, etc.) encarregados de implantar essa inovadora disciplina, oferecendo-lhes uma melhor compreensão dos desafios e das amplas oportunidades envolvidas nesse processo – afinal, estamos trazendo uma nova ciência para a para a matriz curricular, com potencial transformador para além de suas fronteiras. Desde já, deixamos claro que todos os conteúdos deste documento podem ser citados, copiados ou adaptados livremente para compor os projetos político-pedagógicos das escolas parceiras da Mind Makers, com ou sem menção à nossa autoria. Por ser uma primeira versão, esperamos sugestões e críticas que nos ajudem a aperfeiçoá- lo. Esses feedbacks são muito valiosos já que, por meio deles, podemos atender ainda mais as expectativas e necessidades de nossas escolas parceiras. Eles podem ser enviados através do e-mail relacionamento@mindmakers.cc. Diretoria de Produto. 9Mind Makers | Referencial Pedagógico mailto:relacionamento@mindmakers.cc CONVENÇÕES Utilizamos as seguintes abreviaturas e siglas neste documento: Plataforma MM: plataforma de sistemas e aplicações de apoio on-line à disciplina da Mind Makers; MMBlockly: ambiente de programação em blocos desenvolvido pela Mind Makers; IoT (Internet of Things): abreviatura em inglês adotada para Internet das Coisas, por ser comumente utilizada em português; AI (Artificial Intelligence): abreviatura em inglês adotada para Inteligência Artificial, para manter coerência com o critério acima; Os robôs e kits são grafados exatamente conforme sua marca oficial: “littleBits”, “mBot”, “micro:bit” e “Bee-Bot”; Referenciamos as organizações definidoras de padrões curriculares adotados na disciplina de Pensamento Computacional por suas siglas CSTA (Computer Science Teachers Association), ISTE (International Society for Technology in Education) e BNCC (Base Nacional Comum Curricular). Vídeos e informações on-line relevantes são sugeridos em algumas seções, por QR-Codes. 10 Neste Referencial Pedagógico (RP), apresentamos a proposta da editora educacional Mind Makers para a disciplina de Pensamento Computacional, implementada para formar indivíduos e profissionais capazes de atuar no século 21 como protagonistas criativos, resolvendo problemas de forma colaborativa, empreendedora e sistêmica, inovando conforme suas próprias necessidades e da sociedade em que vivem. Ele está organizado da seguinte forma: No CAPÍTULO 1: TEÓRICO-CONCEITUAL, expomos nossos pressupostos teóricos: a identidade, objetivos e concepção de educação para o século 21 da Mind Makers, caracterizando o perfil de aluno que devemos formar. Nas três partes subsequentes, detalhamos a proposta pedagógica da Mind Makers. No CAPÍTULO 2: ESTRUTURA CURRICULAR, explicamos “o que” desenvolvemos nesta disciplina, decompondo a estrutura curricular de nossos cursos de acordo com seu núcleo, eixos e percursos de aprendizagem, detalhando como estão modularizados e de que modo podem ser encadeados em trilhas que cobrem a educação básica, do infantil até os anos finais do ensino fundamental. No CAPÍTULO 3: MÉTODO DE ENSINO- APRENDIZAGEM, apresentamos “como” planejamos desenvolver o conhecimento e as habilidades dos alunos nesta disciplina, detalhando o método de aprendizagem ativa e a grande diversidade de recursos didático- pedagógicos que o apoia. No CAPÍTULO 4: OBJETIVOS E AVALIAÇÃO DA APRENDIZAGEM, explicamos o “porquê”, apresentando a estrutura dos objetivos de aprendizagem almejados nesta disciplina e de que forma eles estão alinhados com os padrões internacionais e com a BNCC, discutindo também como estes se relacionam com a taxonomia de Bloom (Lorin W. Anderson, 2001) e quais os métodos de avaliação utilizados para mensurá-los. No último CAPÍTULO 5: PROCESSOS DE GESTÃO, focamos nos agentes educacionais envolvidos (“quem”) e nos processos operacionais de gestão, explicando “como implantar, manter e aprimorar” esta relevante disciplina. Optamos por também disponibilizar alguns apêndices: No APÊNDICE A: A BNCC E O PENSAMENTO COMPUTACIONAL, discutimos como o Pensamento Computacional se relaciona com a versão atual da BNCC e trazemos o mapeamento módulo a módulo, de todos com os padrões da BNCC com esta nova disciplina. No APÊNDICE B: UMA NOVA CIÊNCIA NA EDUCAÇÃO BÁSICA, incluímos um artigo destinado ao corpo docente da escola, esteja ele ou não diretamenteenvolvido com este trabalho, apresentando as motivações que estão levando países líderes do ranking educacional a adotá-lo como mandatório. Incluímos também três anexos que trazem definições sólidas do Pensamento Computacional, cuja leitura recomendamos fortemente. No ANEXO I: OPERATION DEFINITION OF COMPUTATIONAL THINKING, reproduzimos o poster oficial utilizado pela CSTA (Computer Science Teachers Association) e outras instituições líderes no assunto, trazendo uma definição de consenso sobre o Pensamento Computacional. No ANEXO II: PENSAMENTO COMPUTACIONAL – JEANNETTE WING - 2006, disponilizamos uma tradução do artigo que teve o mérito de cunhar o termo “Pensamento Computacional” – que veio a nomear o formato adequado da Ciência da Computação para a educação básica. No ANEXO III: PENSAMENTO COMPUTACIONAL – JEANNETTE WING - 2016, incluímos um segundo artigo da mesma autora, escrito dez anos depois, com reflexões sobre a evolução do Pensamento Computacional no período. INTRODUÇÃO 11Mind Makers | Referencial Pedagógico 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA MIND MAKERS - DESENVOLVENDO MENTES CRIATIVAS Acreditamos que a tecnologia prosseguirá evoluindo em ritmo notadamente acelerado, trazendo sérios problemas como desempre- go ou estagnação para alguns… mas também por outro lado, muitas oportunidades de pro- moção acelerada e empreendimentos inova- dores para os que estiverem mais preparados. Essa proliferação tecnológica valoriza tanto profissionais com maior desenvoltura no mundo digital, quanto aqueles que se destacam por suas habilidades socioemocionais. Afinal, habilidades como liderança, cola- boração, persistência, trabalho em equipe, empatia, entre outras, por serem mais in- trinsecamente humanas, são mais difíceis de serem substituídas pela tecnologia. Tudo isso nos permite definir o profissional do século 21 como aquele que se sente seguro ao trabalhar tanto com pessoas quanto com a tecnologia ao seu redor. Que detém conhecimentos e habilidades que lhe permitem ir além de fórmulas e programas prontos, sendo capaz de moldar a tecnologia e de organizar, liderar e colaborar com colegas para dar soluções criativas para problemas sistêmicos. Compreender as novas exigências da vida em sociedade e aprimorar a formação desse novo indivíduo, cidadão e profissional é, sem dúvida, a demanda prioritária para educadores de nosso tempo. E, nesse contexto, a iniciativa de formação mais relevante das últimas décadas foi a chegada, em definitivo, da computação como uma nova ciência obrigatória na educação básica. Isso porque as ciências da natureza, humanas e exatas, sozinhas, já não explicam uma relevante parcela de fenômenos da vida moderna, que residem no chamado “mundo digital”. Tal como no mundo físico, esses fenômenos também são regidos por “leis e fórmulas”, que não descobrimos como meros usuários. Por isso, a nova geração precisa de fun- damentos em sistema binário, algoritmos, dispositivos e redes computacionais, para interagir e compreender o mundo digital não apenas de modo intuitivo. Tal como necessita estudar leis da física para com- preender minimamente os fenômenos do mundo físico Surge, assim, o termo Pensamento Compu- tacional, que representa a “ciência da com- putação para todos”, concebida para prover fundamentos em um amplo leque de tecno- logias digitais, de modo adequado para que seja acessível e útil para todos os alunos e pessoas - por exemplo, evitando aprofunda- mentos excessivos do interesse apenas de especialistas e tecnólogos. Sabemos que é questão de tempo para que nós, brasileiros, em evoluções da BNCC, possamos garantir a todos os nossos alunos das redes privada e pública, seu direito de acesso a essa nova ciência durante toda a educação básica, como já fazem dezenas de “Para preparar todos os alunos com as habilidades criativas, colaborativas e de resolução de problemas digitais do futuro, as escolas devem ensinar ciência da computação como parte do currículo principal. (...) O aprendizado da ciência da computação incentiva a criatividade, a solução de problemas, a ética e a colaboração - habilidades que não são apenas importantes para carreiras técnicas no mundo desenvolvido, mas valiosas para todas as carreiras em todas as economias”. Hardi Partovi – World Economic Forum. 13Mind Makers | Referencial Pedagógico países líderes no ranking educacional (Partovi, 2018). Do contrário, estaremos a formar uma geração de consumidores semialfabetizados para as expectativas deste século, em franca desvantagem para viver e competir em um mercado global repleto de criadores e criativos digitais1. O projeto pedagógico da Mind Makers almeja ser “o melhor primeiro passo” que uma escola da educação básica pode dar para se antecipar ao inevitável. Ao inaugurar a nova disciplina de Pensamento Computacional da Mind Makers em seu currículo padrão, a escola introduz, de uma só vez: Aprendizagem em tecnologias digitais de ponta, alinhada com padrões internacionais: partindo de sólidos conceitos da ciência da computação, os alunos aprendem um amplo leque de tecnologias digitais como programação, eletrônica, robótica, design digital, internet das coisas, computação móvel, computação vestível, inteligência artificial, dentre outras - sempre em contexto, aplicadas à resolução de situações-problema. Método científico do século 21: desenvolvendo as habilidades cognitivas e aprendendo os métodos de resolução de problemas típicos da computação (análise de sistemas), os alunos adquirem um repertório para modelar suas hipóteses e experimentá-las que se tornou onipresente no meio científico. Modelo de aprendizagem ativa, por meio do qual os alunos atuam em práticas construcionistas (Seymour Papert, 1991) criativas, “mão na massa”, que dão significado prático e consolidam conteúdos escolares. O professor é dispensado de elaborar exposições teóricas (pré-gravadas em vídeos-infográficos curtos e eficazes) para exercer seu novo papel de facilitador, mediando e orientando os alunos, por meio de provocações, a buscar por si próprios o conhecimento para a solução dos problemas. Modelo de gamificação e aprendizagem baseada em projetos alinhado com a BNCC: habilidades de trabalho em equipe, liderança, colaboração, comunicação, organização e planejamento são desenvolvidas ao longo de quatro projetos por semestre, propostos como situações-problema interdisciplinares que reforçam conteúdos escolares alinhados com a BNCC2 . Tudo isso é avaliado por meio de um sistema de feedback, pontuação e premiação inspirado nos videogames. Sala de Aula 4.0: com leiaute flexível, equipada com tecnologia da Internet das Coisas e assistente de voz. Trata-se de um verdadeiro laboratório do pensamento computacional, que traz exemplos de tecnologias avançadas usadas nos departamentos de pesquisa e nas empresas modernas. Robôs, circuitos digitais, wearables, smartphones e outros equipamentos podem ser programados de modo integrado pelos alunos propiciando infinitas possibilidades que desenvolvem sua criatividade digital. EDUCAÇÃO PARA O SÉCULO 21 Compreendemos o conceito de educação a partir da sua etimologia, a prática conforme proposta da experiência de John Dewey (Dewey, 1925) e o propósito com base na Lei de Diretrizes e Bases para a Educação Brasileira, que foi desenvolvida para atender a Declaração dos Direitos Humanos. Sendo assim, a educação é um processo externo do ato de guiar, e educar, no contexto escolar, é a ação de alguém (professor) conduzir outro alguém (aluno) em uma experiência que o habilite a continuar sua própria educação, tanto para atender suas necessidades pessoais quanto para o exercício da cidadania e do trabalho. A educação para o Século 21 mantém a proposta de uma educação de qualidade para todos e amplia o escopo das habilidades e conhecimentos cognitivos. Ela ainda enfatiza a importânciade valores, atitudes e habilidades que promovam o respeito mútuo e a coexistência pacífica (UNESCO, 2015). 1 O governo do estado de São Paulo já deu um primeiro passo neste sentido, com o “Inova Educação” (Governo de São Paulo 2019). 2 O Apêndice A traz uma discussão específica do Pensamento Computacional e a BNCC, incluindo o rastreamento de habilidades do currículo, módulo a módulo, com as competências e habilidades da base. 14 Em um mundo globalizado e conectado, a educação para a cidadania global surge como uma proposta para empoderar crianças e jovens a transformar o mundo no qual vivemos, contribuindo para a resolução dos desafios globais já existentes e emergentes que ameaçam o planeta (desafios complexos e interdisciplinares como descritos nos “17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável” para transformar o nosso mundo, da Organização das Nações Unidas). Sendo assim, em suma, entendemos que a escola é o espaço seguro que fornece experiências pedagógicas diversas aos alunos para que eles sejam protagonistas em seu processo de aprendizagem. Dentro da escola, os alunos podem se experimentar em diversos papéis e simulações do mundoglobal e conectado em que vivemos, podendo ainda refletir e até mesmo vislumbrar o futuro emergente ou longínquo. Para tanto, é crucial que a escola desenvolva um currículo para apoiar essa jornada do aluno no seu processo de autoconhecimento e reconhecimento do mundo como ele é hoje. 3 Young (2013) estabelece duas características para um conhecimento ser poderoso: 1) é distinto da experiência pessoal e essencialmente desafia essa experiência; e 2) é especializado, oriundo dos campos de conhecimento. O currículo escolar é uma proposta de caminho a ser percorrido pelo educando, sob supervisão do educador. Ele propicia experiências diversas que desenvolvem habilidades cognitivas, motoras, artísticas, afetivas e morais, relacionadas com conhecimentos poderosos3, que visam o desenvolvimento integral do educando tornando-o um sujeito com condições de atuar para a cidadania e para o trabalho, no âmbito local e global. Ele visa a garantia de que este sujeito seja capaz de explorar conscientemente questões subjetivas, culturais, sociais, políticas e econômicas que impactam sua vida, a fim de transformá-la de acordo com suas necessidades individuais, considerando e respeitando o coletivo no qual se encontra (Soster, 2018). Figura 1.1- Currículo escolar para a formação do sujeito (Soster, 2018). CURRÍCULO 15Mind Makers | Referencial Pedagógico TECNOLOGIA EDUCACIONAL No século 21, os percursos educacionais estão imbricados de tecnologia, e, por esse motivo, é imprescindível levá-la em consideração ao se discorrer sobre currículo ou sobre educação. A área da tecnologia educacional deve preocupar-se, nessa perspectiva, com a utilização de recursos tecnológicos nas experiências de ensino, aprendizagem e pesquisa do aluno. Eles devem ser necessariamente acompanhadas de práticas pedagógicas voltadas ao desenvolvimento do educando e de suas competências. A Mind Makers seleciona e oferece uma gama de recursos tecnológicos cuidadosamente selecionados e adaptados para os objetivos pedagógicos da disciplina de Pensamento Computacional, sendo alguns exemplos: Bee-Bot Este robô-abelha é o mais usado na educação infantil ao redor do mundo. Ele permite aos alunos mais novos programarem apertando teclas com símbolos, dispensando o computador. É utilizado para desenvolver a lateralidade, inclusive na perspectiva do robô, e o pensamento algorítimico. littleBits Estes componentes eletrônicos, que se conectam através de imãs, foram especialmente projetados para crianças prototiparem circuitos eletrônicos que podem então ser “embarcados” em inventos criados com material “low- tech” (papelão, copos de plástico, palitos, etc.). Desse modo, alunos do ensino fundamental conseguem conceber e criar seus primeiros dispositivos mecatrônicos equipados com sensores, controladores lógicos e atuadores. Sphero Este robô-esfera altamente flexível pode ser programado através de linguagens de blocos ou texto para fazer trajetos cujo sentido, ângulo de curvas e aceleração são definidos pelo aluno, que pode ainda escolher a cor do robô... Seus sensores de colisão e acelerômetro retornam dados que permitem estudar movimentos em um sistema cartesiano 2D e 3D, dentre outros recursos. Com tudo isso, ele é ideal para uso como motor de inventos acoplados (ex.: chassis) em dezenas de desafios. mBot Este robô-carro também pode ser programado por linguagens de bloco ou texto. Vem equipado com dois motores, sensores de linha, de proximidade e luminosidade, mas seu grande diferencial está no fato de aceitar o acoplamento de novos componentes, sensores e atuadores, como garras. Scratch Esta linguagem de programação em blocos foi desenvolvida pelo MIT Media Lab, o famoso Instituto de Tecnologia da Universidade de Harvard, especialmente para crianças aprenderem a programar. Seu ambiente on- line, além de gratuito, estimula a colaboração em projetos de videogames e animações, com uma grande comunidade mundial. 16 3D Slash Este ambiente de modelagem permite introduzir o Design Digital 3D para alunos a partir de 8 anos de idade. Depois de aprenderem a modelar seus próprios ambientes, personagens e objetos, eles compreendem como essa habilidade é chave para a composição de realidades virtuais, aumentadas e para criações físicas com uso da impressão 3D. micro:bit Esta pequena placa controladora vem com um adaptador portátil de bateria que permite utilizá-la como um dispositivo “vestível” (wearable), o qual pode ser amarrado ao pulso ou ao tornozelo. Alunos do Fundamental 2 programam o micro:bit para contar passos ou pulsação, enviar mensagens ou controlar outros robôs com seus movimentos. Raspberry Pi Este computador do tamanho de um cartão de crédito funciona como um computador de mesa durante todo o curso e também como um controlador nos anos finais, embutido em inventos, robôs ou sondas para coletar dados de sensores e disparar ações automáticas. Snap! Este ambiente de programação foi criado pela Universidade de Berkeley para permitir o ensino-aprendizagem de uma série de programações mais avançadas do que o Scratch. Permite, mesmo com linguagens de bloco, a criação de uma variedade de programas que vão além dos videogames e animações. Sala de Aula 4.0 Esta sala de aula, especialmente projetada pela Mind Makers para a disciplina do Pensamento Computacional, possui leiaute flexível para 4 tipos de atividade (programação, bancada maker, robótica e expositiva) e é equipada com tecnologia da Internet das Coisas e Assistente de Voz, funcionando como um incrível laboratório do pensamento computacional, “hackeável” pelos alunos. Se, no passado, a leitura e a escrita eram habilidades imprescindíveis para se ter acesso ao conhecimento, atualmente, na sociedade da informação e do conhecimento, a literacia digital, o uso eficaz das tecnologias digitais, passa a ter um papel fundamental. Na disciplina de pensamento computacional, ao aprenderem não apenas a usar uma amostra relevante de dispositivos computacionais, como também a programá-los, os alunos passam a compreender suas reais potencialidades e eventuais riscos. 17Mind Makers | Referencial Pedagógico PENSAMENTO COMPUTACIONAL A CSTA (Computer Science Teachers Association s.d.) e o ISTE (Institute of Science and Technology for Enginering s.d.), duas das instituições educacionais mais respeitadas em educação tecnológica, responsáveis por padrões curriculares no campo do pensamento computacional adotados mundialmente, publicaram a “Definição Operacional de Pensamento Computacional para a Educação Básica” reproduzida a seguir: “Diante da complexidade da ciência e da indústria dos nossos dias, quem não souber viver em simbiose cognitiva com as máquinas (e suas redes) não terá muita chance de sobreviver”.Paulo Blikstein. Definição Operacional de Pensamento Computacional para a Educação Básica A Sociedade Internacional de Tecnologia em Educação (ISTE) e a Associação de Professores de Ciência da Computação (CSTA) colaboraram com líderes do ensino superior, indústria e educação básica para desenvolver uma definição operacional de pensamento computacional. A definição operacional fornece uma estrutura e um vocabulário para o pensamento computacional que ressoará com todos os educadores do ensino fundamental e médio. A ISTE e CSTA reuniram feedback por pesquisa de quase 700 professores de ciências da computação, pesquisadores e profissionais que indicaram apoio esmagador para a definição operacional. O pensamento computacional é um processo de resolução de problemas que inclui (mas não está limitado a) as seguintes características: • Formular problemas de uma forma que nos permita usar um computador e outras ferramentas para ajudar a resolvê-los. • Organizar e analisar logicamente os dados. • Representar dados através de abstrações como modelos e simulações. • Automatizar soluções por meio de pensamento algorítmico (uma série de etapas ordenadas). • Identificar, analisar e implementar possíveis soluções com o objetivo de alcançar o máximo combinação eficiente e eficaz de etapas e recursos. • Generalizar e transferir este processo de resolução de problemas para uma ampla variedade de problemas. Essas habilidades são apoiadas e aprimoradas por várias disposições ou atitudes que são dimensões essenciais do Pensamento Computacional. Essas disposições ou atitudes incluem: • Confiança em lidar com a complexidade. • Persistência no trabalho com problemas difíceis. • Tolerância com ambiguidades. • A capacidade de lidar com problemas em aberto. • A capacidade de se comunicar e trabalhar com outras pessoas para alcançar um objetivo ou solução comum. 18 HABILIDADES DO PENSAMENTO COMPUTACIONAL O pensamento computacional é uma forma de pensar que utiliza conceitos fundamentais da ciência da computação e potencializa as capacidades cognitivas e operacionais humanas. Seu desenvolvimento permite enxergar o mundo de forma diferente e, consequentemente, propor soluções diferentes das tradicionais para os problemas, especialmente os complexos. Tais soluções no ambiente computacional são propostas a partir de algoritmos, que podem ser comunicados a máquinas e a dispositivos computacionais através de linguagens de programação que eles conseguem interpretar e executar. Mas algoritmos também podem ser comunicados a pessoas: os processos e rotinas que definimos para orientar humanos também se beneficiam do “pensamento algorítmico”, da habilidade do solucionador em estabelecer rotinas precisas, concisas, eficientes e sem ambiguidades. De onde concluímos sua definição formal. Pensamento Algorítmico: capacidade de conceber e formalizar uma solução através da definição clara e em linguagem adequada dos passos necessários para que uma pessoa ou dispositivo computacional sejam capazes de seguir, para resolverem um problema original e similares. Mas há um longo processo desde a identificação, investigação e modelagem de um problema, até se chegar a uma solução algorítmica possível, que demanda outras habilidades cognitivas do pensamento computacional, abaixo definidas. Decomposição de Problemas: capacidade de decompor o problema para solucioná- lo, seja de modo ascendente, generalizando eventos concretos como “partes” mais abstratas; seja de modo descendente, desenhando sub métodos ou módulos de resolução para partes distintas do problema ou auxiliares em sua solução. Identificação de Padrões/Generalização: capacidade de distinguir o que há de comum em situações distintas. Tal percepção é relevante não apenas na programação, para evitar trabalho repetitivo, mas também em diversas situações da vida prática, em atividades científicas e profissionais. Nessa perspectiva, entende-se padrão como um modelo, um guia, um conjunto de diretrizes a serem seguidos. Pensamento Abstrato: capacidade de criar modelos abstratos da realidade, enfocando somente nas propriedades dos objetos que são relevantes para um determinado estu- do. Uma vez que um modelo abstrato da realidade é obtido, suas propriedades são estudadas em simulações, levando a con- clusões e ao estabelecimento de algorit- mos capazes de prever o comportamento dos objetos. Dados: capacidade de coletar dados digitais a partir do mundo físico e manipulá- los em algoritmos de pilhas, filas e técnicas iterativas para identificar padrões e produzir informações chaves na resolução de problemas. Paralelismo: capacidade de conceber e formalizar soluções algorítmicas e programas que podem ser executados em paralelo, simultaneamente, para otimizar – ou viabilizar - soluções para problemas onde a performance é elemento crítico. Recursividade: capacidade de conceber e formalizar soluções algorítmicas compostas por uma sub-rotina (função ou método) capaz de invocar a si mesma para resolver um problema de forma mais eficiente. A recursividade faz parte do desenvolvimento da metacognição, pois remete ao “pensar sobre o pensamento”. A resolução de problemas através do pen- samento computacional também envolve a aplicação de métodos e habilidades de ní- vel mais sofisticado, abaixo definidos. Métodos de Automação: métodos que via- bilizam a execução de tarefas repetitivas mais rapidamente por meio de dispositivos computacionais como computadores, ro- bôs, componentes embarcados, vestíveis, 19Mind Makers | Referencial Pedagógico etc. Muito embora, como dito, o pensamento algorítmico também seja útil para descrever processos para humanos, é seu poder como meio de automação em sistemas computa- cionais que lhe confere grande destaque. Métodos Colaborativos: atitudes socioe- mocionais inerentes à ética hacker de com- partilhar o conhecimento e tudo aquilo que é construído pelo próprio ser humano. Ou- tra definição é “métodos de atuar de modo que duas ou mais pessoas aprendam ou tentem aprender juntos”. Métodos Criativos: habilidade de resolver problemas combinando tanto os pensa- mentos convergentes (estruturando o co- nhecimento de maneira lógica e aplicando suas leis) quanto os divergentes (pensan- do “fora da caixa”, através da exploração das possibilidades). Métodos Heurísticos: resolução de proble- mas através de quantificação da proximi- dade a um determinado objetivo, através de algoritmos probabilísticos e aproxima- tivos, que utilizam informação e intuição a respeito da instância do problema e da sua estrutura para resolvê-lo de forma rápida. Método Científico (do Séc. 21): aproximações sucessivas de “tentativa-e-erro”, com auxílio de técnicas e tecnologias computacionais. Procedimento utilizado para confrontar as ideias que formamos com a realidade percebida, através de ações experimentais e construção de modelos cognitivos. Metacognição: consciência dos próprios processos cognitivos, “aprender a aprender”. Embora seja uma habilidade cognitiva e não um método, a metacognição está em um patamar de sofisticação superior às cognitivas básicas, por isso preferimos classificá-la neste segundo grupo. Seymour Papert e a Metacognição no Pensamento Computacional A metacognição é uma das habilidades mentais de nível mais evoluído na Taxonomia de Bloom Revisada (D. R. Lorin W. Anderson, 2001). Contudo, algum nível de metacognição está sempre presente nas atividades do pensamento computacional desde a educação básica, como já observava o educador e cientista Seymour Papert em seus experimentos na década de 80 (Papert, 1988). Figura 1.2 - Seymour Papert: cientista e educador visionário do pensamento computacional. 20 Paper, fundador do construcionismo (Seymour Papert, 1991), identificou a atividade de progra- mação como um estimulante natural da meta- cognição. Conforme observou em experiênciasrelatadas em seu livro Logo: Computadores e Educação (Papert, 1988), quando uma crian- ça programa o computador para desenhar um quadrado, ela não tem apenas que aprender a desenhar um quadrado, ela tem que aprender a “ensinar a máquina a desenhar um quadrado”. Em outras palavras, quando programa o com- putador, o aluno está sempre “ensinando”, o que acaba se refletindo mais profundamente no seu próprio processo de aprendizagem. No exem- plo citado anteriormente, a criança termina por compreender o conceito de quadrado com significado mais amplo, aplicável a várias situ- ações. As habilidades socioemocionais, no contexto educacional, devem ser trabalhadas através de experiências que habilitem o aluno a continuar seu próprio desenvolvimento, tanto para atender suas necessidades pessoais, como a habilidade de planejar e monitorar metas, por exemplo, quanto para o exercício da cidadania e do trabalho, como a competência para interagir melhor com os outros. De acordo com o relatório do Fórum Econômico Mundial em parceria com The Boston Consulting Group (BCG), as habilidades socioemocionais necessárias para o Século 21 são divididas em dois grupos: (1) as competências e (2) as qualidades do caráter (World Economic Forum, Boston Group Consulting, 2016). HABILIDADES SOCIOEMOCIONAIS Figura 1.3 - Habilidades do Séc. 21 pelo WEF. Assista ao vídeo do Pensamento Computacional 21Mind Makers | Referencial Pedagógico EMPREENDEDORISMO Na perspectiva econômica, o empreendedor é aquele que percebe novas formas de utilizar os recursos existentes, gerando novas oportunidades de negócios. Já na perspectiva comportamental, o empreendedor é um sujeito motivado, proativo, criativo, inovador, tanto no âmbito dos projetos pessoais como dos negócios. O empreendedorismo, nesse sentido, é o despertar do indivíduo para o aproveita- mento integral de suas potencialidades ra- cionais e intuitivas. É a busca do autoco- nhecimento por meio de um processo de aprendizado permanente, em atitude de abertura para novas experiências e novos paradigmas (Baggio, 2014). Entendendo que o desenvolvimento de al- gumas das chamadas atitudes típicas do empreendedorismo pode ser iniciado des- de a educação básica, a disciplina de Pen- samento Computacional contribui para isso através de seu método de aprendizagem ativo, baseado em projetos e estimulador da autonomia e criatividade dos alunos. CULTURA MAKER NA EDUCAÇÃO A Cultura Maker parte do pressuposto de que o ato de fazer é natural do ser humano de que todos somos capazes de criar, consertar, modificar e produzir objetos. No início deste século, essa cultura passou a ser altamente influenciada pelo Movimento Maker, cujas características, segundo (Anderson, 2012) são: 1 O uso de ferramentas digitais para o desenvolvimento e prototipagem de novos produtos. 2 A cultura do compartilhamento de projetos e da colaboração entre comunidades. 3 A adoção de formatos comuns de arquivos de projeto. Dale Dougherty, criador do Movimento Maker, o define como uma plataforma para expressão criativa que vai além das formas tradicionais dos modelos de artes e negócios (Dougherty, 2016), uma concepção que passa, então, a influenciar a educação. “Ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para sua própria produção ou a sua construção”. Paulo Freire No século passado, em suas respectivas teorias do construtivismo e construcionis- mo, Jean Piaget e Seymour Papert versa- ram extensamente sobre a alta qualidade da aprendizagem através da interação das crianças com objetos e da construção de artefatos, defendendo uma aprendizagem baseada em experiências, assim como Dewey e Maria Montessori. A Cultura Maker, influenciada pelo Movi- mento Maker, proporciona à educação uma plataforma rica em tecnologias e ferramen- tas de colaboração para que os educandos- -protagonistas desenvolvam, de forma cria- tiva, seus processos de aprendizagem. 22 O ALUNO QUE QUEREMOS FORMAR [PESSOA - CIDADÃO - PROFISSIONAL] O aluno que queremos formar é aquele que compreende seus próprios limites e potencialidades, bem como a sofisticada realidade ao seu redor... sentindo-se seguro tanto no trato com pessoas quanto com tecnologias, sendo capaz de dar soluções criativas para novos problemas e de imprimir sua marca no mundo. Para fazer frente a este desafio, o núcleo da nossa disciplina de Pensamento Computa- cional, formado pelo conteúdo tecnológico e desenvolvimento de habilidades cogniti- vas do pensamento computacional, foi ex- pandido com um método ativo de apren- dizagem fortemente baseado em projetos, que também exercitam habilidades socioe- mocionais e valorizam atitudes do empre- endedorismo. Os projetos geram experiências marcantes em um ambiente seguro, respeitoso e acolhedor, no qual o aluno tem a oportunidade de se experimentar como um cientista, um engenheiro, um empreendedor, um líder e um colaborador, enquanto resolve problemas reais e cria obras autorais com seus colegas. Em um papel também central nessa formação está o professor, agora atuando como facilitador, priorizando a mediação e a orientação provocativa como técnicas de ensino preferenciais às respostas prontas. Esse novo sujeito que queremos formar, por fim, já começa a mergir no aluno quando ele abraça a oportunidade de fazer, buscando conhecimento de modo autônomo e proativo, como protagonista em seu processo de aprendizagem. 23Mind Makers | Referencial Pedagógico NÚCLEO Figura 2.1 - Núcleo da estrutura curricular proposta pela Mind Makers para a disciplina de Pensamento Computacional. 2 ESTRUTURA CURRICULAR No núcleo da estrutura curricular proposta pela Mind Makers para a disciplina de Pen- samento Computacional, estão as habilida- des mais específicas do Pensamento Com- putacional, definidas no capítulo anterior. Elas são trabalhadas de modo ubíquo, isto é, em todos os eixos da disciplina, em duas camadas: Mais internamente, estão as as mais es- pecíficas encontram-se os métodos de resolução: Pensamento Algorítmico, De- composição de Problemas, Identificação de Padrões / Generalização, Pensamento Abstrato, Pensamento Algorítmico, Da- dos, Paralelismo e Recursividade. Circunscrevendo as mais específicas, encontram-se as abordagens, os métodos de resolução de problemas e habilidades mais sofisticadas: Métodos de Automação, Métodos Colaborativos, Métodos Criativos, Métodos Heurísticos, Método Científico (do Séc. 21) e Metacognição. 25Mind Makers | Referencial Pedagógico EIXOS Figura 2.2 - Eixos da Estrutura Curricular do Pensamento Computacional. Se diminuirmos o nível de “zoom”, minimizando o núcleo, visualizamos os principais eixos curriculares da disciplina de Pensamento Computacional. Os eixos são trabalhados em paralelo ao longo do tempo, cada qual representando um campo relevante da ciência da computação. Cada eixo recebe uma sigla operacional que facilita sua designação no dia a dia. 26 Eixo Sigla Definição Programação CODE Aulas de algoritmos e programação de computadores envolvendo somente artefatos físicos “low-tech” (ex.: “instrutor-robô”) e/ou virtuais (ex: programação de videogames, animações, aplicativos, etc.) Computação Física MAKER Aulas de montagem e programação de dispositivos computacionais embarcáveis, robôs e circuitos eletrônico- digitais, incluindo inventos mecatrônicos de modo geral. Design Digital DESIGN Aulas de criação e edição de mídia digital, incluindo imagens, sons, vídeos e modelagem 3D, incluindo intervenções por programação, realidade virtual e aumentada. Arquitetura Computacional INTERNALS Aulas que explicam o funcionamento interno das tecnologias computacionais, como sistema binário, hexadecimal, cores RGB, compressão, relógio interno (clock) e outras. Tabela 2.1 Eixos da Estrutura Curricular do Pensamento Computacional. Cada eixo é apresentado com um nível de decomposição, que trazsubcampos de escopo ainda relevante Subeixos do Eixo Programação (CODE) Elementos de Programação Neste subeixo, estão as abstrações e técnicas utilizadas em algoritmos e programas de computador, progredindo das mais básicas como sequência e laço, até paralelismo, recursividade e APIs. Linguagens de Programação Diferentes linguagens de programação utilizadas ao longo do currículo, progredindo das linguagens com símbolos para alunos em alfabetização, passando por linguagens de blocos até as linguagens textuais. Arquitetura de Software Evoluções arquiteturais das soluções programadas ao longo do currículo, progredindo de programas isolados (ex.: Code.org) e sistemas (ex.: Scratch), até computação, distribuida e IoT. Subeixos do Eixo Computação Fïsica (MAKER) Eletrônica Digital Evoluções de dispositivos eletrônicos aprendidos ao longo do currículo, progredindo de circuitos em papel até dispositivos vestíveis e de IoT. Robótica Evoluções de dispositivos robóticos, saindo de robôs com programação mecânica (toques) no infantil até robôs baseados em Raspberry Pi e Arduino. 27Mind Makers | Referencial Pedagógico Subeixos do Eixo Design Digital (DESIGN) Mídia Digital Ferramentas de edição e autoria de imagens, fotos, sons e músicas digitais. Modelagem 3D Ferramentas de autoria de modelos em 3D, criação de animações em ambiente virtual, inclusive realidade virtual e aumentada. Subeixos do Eixo Arquitetura Computacional (INTERNALS) Dados Digitais Fundamentos mais básicos dos computadores digitais, desde como eles armazenam os diferentes tipos de dado em sistema binário, até mecanismos de otimizações como compressão de arquivos. Arquitetura de Hardware Fundamentos de hardware, evoluindo da computação analógica até o funcionamento dos diferentes componentes eletrônicos encontrados no computador digital moderno. Tabela 2.2 - Subdivisões dos Eixos Curriculares. Percursos Os percursos deixam claro como assuntos em cada subeixo evoluem no currículo ao longo do tempo. Percursos dos Subeixos de Programação (CODE) Elementos de Programação Sequência > Laço > Evento > Condicional > Função > Variável > Função com Parâmetro > Operador Aritmético > Coleção-Lista > Recursividade > Paralelismo > Contrato-API > Formulário > Banco de Dados Linguagens de Programação Teclas > Cores > Linguagem Natural (Voz e Texto) > Blocos com Simbolos > Blocos com Texto > Scratch > App Lab > App Inventor > Machine Learning for Kids > MMSnap! > Javascript > Node-Red Arquitetura de Software Computação Analógica > Programa > Sistema Local > Rede > Internet > Internet das Coisas > Computação Móvel > Inteligência Artificial > Sistema Multiusuário > Sistema Distribuído > Engenharia Reversa de Software > Laboratório IoT-AI Percursos dos Subeixos de Computação Física (MAKER) Eletrônica Digital Circuito em Papel > Circuito Eletrônico-Digital > Periférico Criativo > Computação Vestível > Computação Embarcada > Engenharia Reversa de Hardware > PCI & Solda > Laboratório IoT+AI Robótica Robô Programável por Toques > Robô Programável por Cores > Robô Programável por Linguagem de Blocos > Robô Expansível > Robô Autônomo 28 Figura 2.3 - “Rolimã do Pensamento Computacional”. Estrutura curricular final. Percursos dos Subeixos de Design Digital (DESIGN) Mídia Digital Imagem Digital > Fotografia Digital > Pixel Art > Som & Música Digital > Programação Declarativa - HTML > Programação Declarativa - CSS Modelagem 3D 3D > 3D Estereoscópico > Modelagem 3D > Realidade Virtual > Realidade Aumentada > Impressão 3D Eixo: Arquitetura Computacional (INTERNALS) Dados Digitais Sistema Binário - Letras (ASCII) > Sistema Binário - Números > Sistema Binário - Símbolos > Cores & RGB > Compressão de Imagens Animadas > RGB com Hexadecimal > Compressão de Vídeo > Formato de Arquivo de Imagens e Áudio > Compressão de Texto > Clock Arquitetura de Hardware Computação Analógica > Rede/Internet > Rede sem Fio (WiFi) > Clock > Rede IoT (Bluetooth) Tabela 2.3 - Percursos por Eixo (Progressão Temporal). PROJETOS 29Mind Makers | Referencial Pedagógico Embora o currículo do pensamento computacional tenha sido segmentado em eixos curriculares para organizar as aulas de fundamentos, estes são frequentemente combinados, na vida real, em soluções para problemas de maior complexidade, frequentemente interdisciplinares. Isso ocorre por meio de uma camada de projeto, que finaliza a estrutura curricular proposta pela Mind Makers, trazendo situações-problema com este perfil, como ponto alto do curso. Projetos são representados como uma ca- mada mais externa no diagrama de estru- tura curricular, por indicarem o ponto mais alto, abrangente e interdisciplinar da disci- plina de Pensamento Computacional. Eles demandam não somente a aplicação com- binada de fundamentos, conhecimentos e habilidades dos vários eixos do Pensamen- to Computacional, como também de con- teúdos escolares, conforme previstos na BNCC, para cada etapa/ano da educação básica. Todo projeto do curso é proposto a partir de situações-problema apresentadas em pequenas histórias que podem ser solucionadas de várias maneiras, mas que exigem os os conhecimentos e habilidades esperadas dos alunos até aquele momento de sua formação. Figura 2.4 - Exemplo de história que inicia uma situação-problema interdisciplinar Situações-Problema Interdisciplinares A Mind Makers seleciona assuntos relevantes para os alunos em cada ano usando a BNCC, com preferência por aqueles que estejam relacionados às Ciências da Natureza e às Ciências Humanas de modo combinado. Como as Ciências Exatas e as Linguagens estão sempre presentes nos desafios do pensamento computacional, os projetos 30 terminam por ser soluções interdisciplinares bastante interessantes. Muitos deles são também precedidos por pequenos vídeos niveladores de conteúdos chaves da situação-problema para garantir que os alunos consigam entender o problema, a despeito da escola já ter abordado o conceito formalmente ou de estar prestes a abordar. Em ambos os casos, haverá reforço significa- tivo de aprendizagem, como comprovam es- tudos recentes da Universidade de Stanford (Jornal Nacional 2015). “Crianças que ‘põem a mão na massa’ aprendem 30% mais”. Universidade de Stanford Figura 2.5- “Infográfico Narrado” sumarizando um conceito utilizado como pano de fundo em projeto. O formato dos projetos propostos também evolui ao longo da disciplina, conforme os alunos aumentam seu repertório de conhecimentos e habilidades. Desse modo, ele evolui de “experimento”, um formato mais roteirizado por definição, até “tema livre” no projeto final, formato no qual os alunos selecionam um problema de sua escolha. Assista a um exemplo. 31Mind Makers | Referencial Pedagógico O que o aluno recebe? 1. Roteiro de um Experimento. 2. Uma Situação-Problema, Decomposta em Desafios. 3. Uma Situação- Problema. 4. Livre Característica O desafio consiste no aluno reproduzir uma experimentação conhecida para adquirir repertório. Utilizada apenas no primeiro ano e introdução de novo tema complexo. Não há um roteiro nem uma solução única, mas uma decomposição prévia da situação- problema em etapas é feita, e as etapas são expostas na forma de desafios que os alunos resolvem a seu modo. Leva a soluções distintas. Receptivo à criatividade. Modelo mais utilizado, em diferentes gradações. Apenas a situação problema é exposta. Os alunos concebem livremente todos os aspectos da solução Pauta livre. Os alunos escolhem o problema que desejam resolver (projeto de fim de curso Teens) Frequencia de uso ao longo do currículo 5% (pouco utilizado) 80% (o modelo mais utilizado) 10% 5% Tabela 2.4 - Evolução das Propostas de Projetos. No ensino fundamental, como demonstra o gráfico da Tabela 2.4, as propostas de projeto permanecem a maior parte do tempo em um estágio intermediário,balanceado para evitar as roteirizações excessiva e também a paralisia comum de ocorrer quando se expõe alunos ainda sem repertório a temas muito abertos. Durante a maior parte do currículo, o formato proposto é o de situações- problema com desafios fracionados, já decompostos parcialmente. Por exemplo, para resolver uma situação problema do módulo MT4 (Fundamental 2), que é “criar um dispositivo vestível para medir a eficácia do treino de alunos de uma academia de ginástica que está perdendo alunos”, o projeto já é apresentando com alguns “subdesafios” tais como: 1 “criar um artefato com dispositivo computacional que o aluno possa usar (wearable)”; 2 “programar a medição de pulso no dispositivo”; 3 “programar a medição de passos no dispositivo”; e 4 “calcular o rendimento do treino com base nessas medições, gerando gráficos que considerem as duas medidas”. Cada “subdesafio” não tem roteiro e é aberto o suficiente para dar margem à criatividade e a soluções diferentes entre as equipes. Porém, os subdesafios são calibrados para permitir uma certa convergência, de modo que a maior parte das equipes consiga propor uma solução no tempo disponível4 . 4 Na aprendizagem baseada em projetos, “não finalizar algum projeto” é aceitável e parte do aprendizado, como discutiremos no CAPÍTULO 4. 32 Formação de Equipes de Projetos Uma técnica bastante interessante para estimular o convívio e o desenvolvimento socioemocional é o padrão de formação de equipes de projeto da disciplina de Pensamento Computacional. Durante a maior parte do curso, a Plataforma MM automatiza, a cada projeto, um sorteio que define novas equipes aleatoriamente e novos líderes a fim de garantir que todos os alunos exerçam esse papel, ao menos uma vez por módulo/semestre. Figura 2.6- Equipes de projetos e seus respectivos líderes, após sorteio pela Plataforma MM. Equipes formadas em 18/07/2019 09:28 Esse modelo promove novas interações entre diferentes alunos da turma, a cada novo projeto, resultando em desafios de colaboração que são sempre quesitos pontuáveis, avaliados ao final do projeto. Já nos módulos finais dos cursos Kids (MK7 e MK8) e Teens (MT9 e MT10), que trazem propostas de projetos mais abertas, é permitido aos alunos formarem equipes conforme sua afinidade e considerando as necessidades do projeto. ESPIRAL CRIATIVA Uma vez conhecida a estrutura curricular da disciplina de Pensamento Computacio- nal, em uma análise estática, torna-se ago- ra mais fácil analisá-la de um ponto de vista dinâmico, para compreender como suas li- ções foram planejadas para abordar todos os eixos em paralelo ao longo do tempo, em um processo iterativo e em espiral que prio- riza a aprendizagem interdisciplinar e criati- va, que chamamos de Espiral Criativa. A Espiral Criativa começa com uma Iteração de Aprendizagem Ativa, de duas etapas: (1) uma combinação de Aulas de Fundamentos, em diferentes eixos; seguida por (2) uma ou mais Aulas de Projeto, que demandam o do- mínio e a aplicação desses fundamentos de modo combinado. Terminada uma iteração, outra nova é reini- ciada, e assim sucessivamente, em um mo- delo espiral. E como cada iteração da espiral é cumulativa, somando novos fundamentos aos anteriores, cobrados em novos projetos, representamos a Espiral Criativa com o tipo “caracol”, com anéis de tamanho crescente. Vejamos a seguir, com mais detalhes, cada etapa da Espiral Criativa: Iteração de aprendizagem ativa - aulas de fundamentos (CODE, MAKER, DESIGN) Uma Iteração de Aprendizagem Ativa começa com uma sequência de lições que abordam fundamentos de um ou mais eixos curriculares do Pensamento Computacional. 33Mind Makers | Referencial Pedagógico Note que mesmo as aulas de fundamentos não são aulas teóricas. Elas começam com a apresentação de um novo conceito através de vídeos de 3 a 5 minutos (como, por exemplo, “Algoritmos do Dia a Dia”, “Eventos”, “Circuitos Elétricos” ou “3D Estereoscópico”) e prosseguem com desafios “mão na massa”, que demandam a aplicação desse conceito. Tais desafios podem ser individuais ou para serem feitos em duplas ou grupos. O fundamentos de diferentes eixos são preferencialmente intercalados para promover uma diversificação criativa em cada aula (como no exemplo da Figura 2.7, revezando entre eixos CODE e MAKER). Mas em alguns casos os facilitadores podem, em uma turma específica, optar por mudar a ordem dessas lições para manter o fluxo de concentração em um mesmo eixo. Iteração de Aprendizagem Ativa - Aulas de Projeto (PROJECT) Após uma sequência de práticas isoladas em novos fundamentos, é proposto um desafio interdisciplinar em lições “de projeto” (PROJECT). Um projeto normalmente perdura por várias aulas. Neles, os alunos são desafiados a resolver situações-problema que demandam tudo o que aprenderam até o momento, trabalhando sempre em equipes com papéis definidos, inclusive o de líder. As aulas de projeto buscam fechar uma Iteração de Aprendizagem Ativa, o que pode ser observado na Figura 2.8. Figura 2.8 - Iteração de Aprendizagem Ativa. Espiral Criativa - Iterações em Complexidade Crescente Por fim, o ciclo se repete com um aumento gradativo da complexidade dos projetos, acompanhando a melhoria no repertório de conhecimentos e habilidades dos alunos. Como explicaremos com maior detalhe no CAPÍTULO 3, cada módulo (semestre) traz a proposta de quatro projetos distintos, cada qual presumindo mais conhecimentos e habilidades dos alunos. Esse ciclo prossegue por todos os módulos subsequentes até o final do curso, que representamos em uma espiral do tipo caracol, apresentada de modo completo na Figura 2.9. Cada lição aborda um único eixo, indicado no rodapé da caixinha que a representa na Plataforma MM. E diferentes eixos são alternados como exemplifica a figura a seguir. Figura 2.7 -Sequência inicial de 3 lições com fundamentos dos eixos CODE, MAKER e novamente CODE. 34 Figura 2.9 - Espiral Criativa tipo “caracol”. Iterações de complexidade crescente durante todo o curso. À medida que os alunos vão adquirindo maior repertório de conhecimentos, habilidades cognitivas e socioemocionais ao trabalhar em equipes, os projetos tornam-se simulações cada vez mais representativas dos problemas típicos de nosso tempo. Aulas de Arquitetura Computacional (INTERNALS) O eixo INTERNALS foi concebido como uma trilha independente, que é sempre ministrada na última lição de cada módulo. Ele é apresentado como opcional podendo, em última análise, deixar de ser ministrado em casos de restrição extrema de agenda. Mas recomendamos fortemente que as escolas se esforcem para ministrar essas lições logo no primeiro ano de implantação. Tal como as demais, ela também são práticas e divertidas, abordando conceitos valorizados em provas oficiais de universidades ao redor do mundo, como sistema binário e hexadecimal, cores RGB, compressão, tamanho e tipos de arquivo, funcionamento interno do computador, entre outros. Interdisciplinaridade Como já dito anteriormente, conteúdos escolares de outras ciências, obtidos da BNCC, são frequentemente recapitulados para compor as situações-problema interdisciplinares propostas nos projetos. Essas duas importantes adições aperfeiçoam o diagrama da Iteração de Aprendizagem Ativa, como mostra o gráfico abaixo: Figura 2.10- Iteração de Aprendizagem Ativa Interdisciplinar, incluindo conteúdos escolares da BNCC. 35Mind Makers | Referencial Pedagógico Lições Suplementares de Cultura Digital (D-CULTURE) Valores e atitudes como respeito e colaboração com colegas (in-loco e on- line), empatia, atenção com a veracidade de informações (fake news, etc.), dentre outros, são trabalhados em desafios práticos, nos eixos curriculares já apresentados. “(...) trabalhar os impactos globais da computação em aulas pode ser um desafio. Afinal, não é mais como ciência social?”. Teach Global Impact- International Computer Science Institute Porém, ao ampliar-se o enfoque na área de “Cultura Digital” na disciplina de Pensamento Computacional, incluindo análise de impacto das tecnologias em nossa sociedade, preocupações com inclusão, acessibilidade, privacidade e segurança, embora sejam temas de alta relevância - há risco de sobreposição a conteúdos já presentes na escola, em aulas de ciências sociais, por exemplo. Para evitar esse risco e atender ao mesmo tempo escolas que não abordem esses temas essenciais, a Mind Makers optou por tratá-los em um eixo anexo, chamado de Cultura Digital (D-CULTURE). A disciplina de Pensamento Computacional traz planos de aula neste eixo, que a escola pode aplicar em outras de suas disciplinas curriculares, a seu critério. Figura 2.11 – Cultura Digital. O eixo D-CULTURE se subdivide em dois campos: Cidadania Digital: aborda o uso responsável da tecnologia pelas pessoas e contribui para o uso adequado das inovações tecnológicas que surgem ao nosso redor. Inclui temas como acesso digital, comunicação digital, alfabetização digital, direito digital, responsabilidade digital, segurança digital, etc. Impacto Global: trata da conscientização dos impactos positivos e negativos das inovações computacionais na sociedade. Isso é importante porque, ainda que a conectividade global tenha facilitado a comunicação e a interação entre os povos, ela também tem gerados novas questões de privacidade, legais e éticas. Por exemplo, pessoas com menor poder socioeconômico, sem acesso a certas tecnologias, podem se tornar ainda mais excluídas, ao passo que uma média cada vez maior de pessoas pode ter acesso a produtos mais baratos. É no âmbito desses dois campos que o eixo D-CULTURE se desenvolve. Esses planos de aula são fornecidos juntamente com os módulos finais do curso Kids e Teens. Com esse último eixo adicionado, a versão final da Espiral Criativa fica representada pela figura a seguir: 36 Figura 2.13– Cursos da Mind Makers. Todos esses cursos são alinhados com padrões curriculares internacionais e com a BNCC. Esse curso é composto por 4 módulos, um módulo por semestre adequados para alunos entre 4 e 5 anos. Cada módulo, por sua vez, é composto por 16 lições planejadas para serem ministradas em 16 aulas de 50 minutos, com flexibilidade para adaptações. Infantil 4 anos 5 anos MM1 MM2 MM3 MM4 Em uma visão temporal agora de nível macro, a disciplina de Pensamento Computacional é implementada por diferentes cursos, que podem ser encadeados para atender plenamente, do Infantil até o final do Fundamental 2, ou utilizados em separado, para atender a diferentes trilhas possíveis, conforme o ano escolar em que o aluno inicia seu aprendizado. CURSOS Figura 2.12 - Espiral Criativa completa. Mind Makers Mini (Educação Infantil) 37Mind Makers | Referencial Pedagógico Esses robôs dispensam o uso de computadores e da alfabetização, já que são programáveis por teclas com símbolos e padrões de cores. Eles são usados sobre diferentes tapetes temáticos com cenários imaginários que servem como pano de fundo para desafios intrigantes, cuja solução envolve programação e que os alunos adoram resolver. Figura 2.16 - Tapete da cidade de Robópolis, usado em desafios de robótica do Mini. Cada aluno também recebe, a cada semes- tre, um portfólio de atividades impresso em formato A3, a cada semestre, contendo ati- vidades executadas em sala de aula. O por- tfólio de cada semestre é reunido ao final de cada ano e entregue para pais e responsá- veis, em uma pasta, formando um kit final de duas pastas com atividades dos dois anos. Mind Makers Kids (Ensino Fundamental 1) Esse curso é composto pelos 2 módulos MK0, considerados preparatórios para alunos em alfabetização, seguidos por 8 módulos, um por semestre, que, somados, cobrem todo o Fundamental 1. Do mesmo modo que o Mini, cada módulo é composto por 16 lições planejadas para serem ministradas em 16 aulas de 50 minutos, com flexibilidade para adaptações. Figura 2.15 -Bee-bot e Ozobot: robôs apropriados para a educação infantil. Figura 2.14 - Módulos semestrais do Mind Makers Mini (Educação Infantil). O curso Mini pode, e deve preferencialmente, ser aplicado pelas próprias professoras ou professores de cada turma, na própria sala de aula. Para isso, a Mind Makers oferece uma formação que cujo objetivo é torná-los aptos a utilizar recursos pedagógicos e conduzir desafios especializados que despertam o pensamento computacional em seus alunos de modo lúdico e divertido Habilidades como identificação de padrões, decomposição e pensamento algorítmico são desenvolvidas em diferentes práticas, durante as quais os alunos se colocam na perspectiva de robôs trabalhando a lateralidade e programando seus primeiros robôs reais, o Bee-Bot e o Ozobot. 38 Figura 2.17 - Módulos do Mind Makers Kids (Ensino Fundamental 1). O curso Kids requer uma sala de aula especialmente criada (ou adaptada), que funciona como um laboratório do pensamento computacional, equipada pela Mind Makers com recursos tecnológicos que são detalhados no próximo capítulo. Ele pode ser ministrado por professores da escola ou contratados, mesmo sem formação ou experiência específica em ciência da computação. Em qualquer um dos casos, é importante que esses profissionais possuam interesse pela área de pelo papel de facilitador, além de disponibilidade para a formação necessária. Os módulos MK01- e MK0-2 são preparatórios, especialmente concebidos para alunos em alfabetização. O módulo MK7 recapitula através de projetos, tudo o que foi abordado do MK1 ao MK6, e o MK8 reserva mais tempo para avaliações práticas e prova final. O curso Kids utiliza uma boa diversidade de kits tecnológicos como robôs, compo- nentes eletrônicos, smartphones (para de- senvolvimento de apps) e periféricos cria- tivos; ambientes de programação como Code.org e Scratch; e ferramentas de edi- ção de imagens, modelagem 3D e design digital em geral. Figura 2.18 O robô Sphero e os littleBits são alguns recursos tecnológicos do curso Kids. Ensino Fundamental 1 1 2 3 4 5 MK0-1 MK0-2 MK1 MK2 MK3 MK4 MK5 MK6 MK7 MK8 39Mind Makers | Referencial Pedagógico Mind Makers Teens (Ensino Fundamental 2) Esse curso é composto por “2 + 8” módulos, um módulo por semestre, cobrindo todo o Fundamental 2. A implantação ideal inicia no último ano do Fundamental 1, mas é possível iniciar no 6º ano e finalizar no módulo MT8 (essa e outras opções de implantação serão discutidas em detalhe no último capítulo). Cada módulo é também composto por 16 lições planejadas para serem ministradas em 16 aulas de 50 minutos, com flexibilidade para adaptações. Fundamental 1 Ensino Fundamental 2 5 6 7 8 9 MT1 MT2 MT3 MT4 MT5 MT6 MT7 MT8 MT9 MT10 Figura 2.20 - Módulos do Mind Makers Teens (Ensino Fundamental 2). O curso Teens também requer uma sala de aula especialmente equipada e pode ser ministrado por professores da escola ou facilitadores contratados. Ele é totalmente “gamificado” e reserva seus dois módulos finais MT9 e M10, a exemplo do Kids, para projetos e avaliações finais. Os kits didático-tecnológicos do Teens partem dos mesmos robôs e componentes eletrônicos do Kids, nos primeiros anos, mas evoluem para wearables (micro:bit), Arduino e Raspberry Pi, nesta fase usado como controlador de circuitos eletrônicos feitos em protoboards. Figura 2.19 - Circuito em Papel no Caderno de Criações. Além dos kits tecnológicos, o curso Kids é apoiado por diversos outros recursos didáticos como tapetes pedagógicos para desafios de robótica, instrumentos técnicos (transferidor, gabaritos de desenho, círculos de acurácia, etc.), kits consumíveis de circuitos em papel, dentre outros. Todo aluno recebe um Caderno de Criações impresso por módulo, trazendo exercícios de “pensamento computacional off-line” sobre os conceitos abordados no módulo, fichas de projeto para
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