Estratégia de ensino e aprendizagem ativa : transformando o ensino de engenharia por meio do desenvolvimento de experimentos para um laboratório virtual

Abstract

Inúmeras mudanças vêm ocorrendo nas práticas educacionais dos cursos superiores, com o objetivo de tornar os processos de ensino e aprendizagem mais ativos e alinhados à prática profissional, a fim de engajar e motivar os estudantes em sua formação e preparação para o mercado de trabalho. Para que isso ocorra, é necessário reformular o ensino tradicional, que se baseia em aulas meramente explicativas e expositivas, adotando modelos pedagógicos e metodologias que potencializem ainda mais o aprendizado. Uma dessas mudanças advém das metodologias ativas e das tecnologias digitais, que promovem o envolvimento participativo e reflexivo dos estudantes, transformando-os em protagonistas da própria aprendizagem, ao produzir, criar, experimentar e aprimorar o conhecimento, com o apoio do professor. Em busca de novas estratégias de ensino e aprendizagem para os cursos de Engenharia, esta tese investiga o envolvimento dos estudantes no desenvolvimento e programação de experimentos, com foco na criação de um laboratório virtual que utiliza conteúdos curriculares e uma linguagem de programação visual para complementar o conhecimento. A pesquisa se classifica como aplicada, de caráter exploratório, com abordagem de métodos mistos e o procedimento de estudo de caso único. Para atingir os objetivos da pesquisa, foram utilizadas as metodologias ativas Aprendizagem Criativa (AC) e Aprendizagem Baseada em Problemas (ABP) na construção dos experimentos virtuais para o LabVirt EDU: Scratch nas Engenharias, propondo uma estratégia de ensino e aprendizagem que auxilia na complementação dos conceitos das disciplinas de Materiais e Corrosão e Tópicos Especiais em Cerâmica, do curso de Engenharia Química da UNISATC. Os resultados do estudo analisaram a metodologia AC/ABP, o perfil e as competências desenvolvidas, além do envolvimento e engajamento dos estudantes em relação à estratégia de ensino e aprendizagem. A análise mista indicou que a metodologia foi considerada interessante, diferente, motivadora, produtiva e divertida. As características desenvolvidas relacionadas ao perfil dos egressos incluíram criatividade, cooperação, uso de novas tecnologias, resolução de problemas e uma abordagem multidisciplinar e transdisciplinar. As competências gerais foram alcançadas principalmente no que diz respeito à formulação e concepção de soluções desejáveis em Engenharia. O envolvimento dos estudantes resultou na complementação do aprendizado dos conteúdos curriculares, aprimorado ao longo do processo. O engajamento, avaliado por meio da escala psicométrica UWES-S, obteve os seguintes resultados: o "Vigor" apresentou baixa confiabilidade, a "Dedicação" apresentou confiabilidade de moderada a alta, e a "Absorção" foi o tópico com maior fidedignidade entre os três escores. Assim, esta tese defende que a estratégia de ensino e aprendizagem proposta revela-se de fundamental importância para a formação dos futuros engenheiros ao envolver ativamente os estudantes no desenvolvimento e programação de experimentos para um laboratório virtual. Essa abordagem não apenas potencializa a compreensão dos conceitos teóricos, mas também fortalece habilidades críticas como o pensamento analítico, a resolução de problemas e a capacidade de inovar. Esses aspectos são essenciais para o perfil profissional exigido no cenário atual, marcado por rápidas inovações tecnológicas e desafios complexos. A aplicação dessa estratégia de ensino e aprendizagem contribui significativamente para a preparação de engenheiros capazes de atuar de maneira eficaz e criativa em suas futuras carreiras.

Numerous changes have been taking place in the educational practices of higher education courses, aiming to make teaching and learning processes more active and aligned with professional practice, in order to engage and motivate students in their training and preparation for the job market. For this to happen, it is necessary to reformulate traditional teaching, which is based on merely explanatory and expository lessons, by adopting pedagogical models and methodologies that further enhance learning. One of these changes stems from active methodologies and digital technologies, which promote students' participatory and reflective involvement, transforming them into protagonists of their own learning as they produce, create, experiment, and improve knowledge with the support of the teacher. In search of new teaching and learning strategies for Engineering courses, this thesis investigates student involvement in the development and programming of experiments, focusing on the creation of a virtual laboratory that uses curricular content and a visual programming language to complement knowledge. The research is classified as applied, exploratory in nature, using a mixed-methods approach and a single case study procedure. To achieve the research objectives, the active methodologies Creative Learning (CL) and Problem-Based Learning (PBL) were used in the construction of virtual experiments for LabVirt EDU: Scratch in Engineering, proposing a teaching and learning strategy to assist in complementing the concepts of the Materials and Corrosion and Special Topics in Ceramics courses in the Chemical Engineering program at UNISATC. The study results analyzed the CL/PBL methodology, the profile and skills developed, as well as student involvement and engagement with the teaching and learning strategy. The mixed analysis indicated that the methodology was considered interesting, different, motivating, productive, and enjoyable. The characteristics developed related to the graduates' profile included creativity, cooperation, the use of new technologies, problem-solving, and a multidisciplinary and transdisciplinary approach. The general competencies were mainly achieved in relation to the formulation and conception of desirable engineering solutions. Student involvement resulted in the enhancement of curricular content learning, which was improved throughout the process. Engagement, assessed through the psychometric scale UWES-S, yielded the following results: "Vigor" presented low reliability, "Dedication" presented moderate to high reliability, and "Absorption" was the dimension with the highest fidelity among the three scores. Thus, this thesis argues that the proposed teaching and learning strategy is of fundamental importance for the education of future engineers, as it actively engages students in the development and programming of experiments for a virtual laboratory. This approach not only enhances the understanding of theoretical concepts but also strengthens critical skills such as analytical thinking, problem-solving, and the ability to innovate. These aspects are essential for the professional profile required in the current scenario, marked by rapid technological innovations and complex challenges. The application of this teaching and learning strategy contributes significantly to preparing engineers capable of acting effectively and creatively in their future careers.