Dispositivo
didático para estimular a aprendizagem em crianças em idade pré-escolar
utilizando a tecnologia RFID
Dispositivo
didáctico para estimular el aprendizaje en niños en edad preescolar mediante
tecnología RFID
Didactic device to stimulate
learning in pre-school children using RFID technology
Byron
Wladimir Oviedo Bayas *
Dinora
Alexandra Carpio Vera*
Marcos
David Oviedo Rodríguez*
Liliana
Napa-Arévalo*
Resumo. O objetivo deste estudo é a
conceção e o desenvolvimento de um dispositivo didático eletrónico para a
estimulação da aprendizagem em crianças dos 3 aos 5 anos de idade através da
interação e do jogo. Foi utilizada uma metodologia baseada em cinco etapas:
recolha de literatura, conceção do sistema embebido, programação do
dispositivo, desenvolvimento de uma aplicação móvel e testes funcionais. O
dispositivo é composto por um NodeMCU ESP32, leitores RFID e cartões
interactivos que permitem às crianças realizar actividades lúdicas relacionadas
com cores, números e letras. Além disso, foi desenvolvida uma aplicação no
Android Studio que facilita a supervisão por parte dos tutores. Os resultados
mostram que o dispositivo promove uma aprendizagem significativa, com 70% de
aceitação entre os pais inquiridos. Este projeto representa uma ferramenta
acessível e eficaz para a educação pré-escolar.
Palavras-chave: Dispositivo de ensino; estimulação da aprendizagem; RFID; tecnologia educativa; pré-escolar.
Abstract The aim of this study is
to design and develop an electronic teaching device to stimulate learning in
children aged 3 to 5 through interaction and play. A methodology based on five
stages was used: literature collection, design of the embedded system, programming
of the device, development of a mobile application and functional tests. The
device consists of a NodeMCU ESP32, RFID readers and
interactive cards that allow children to carry out playful activities related
to colors, numbers and letters. In addition, an Android Studio application was
developed to facilitate supervision by tutors. The results show that the device
promotes meaningful learning, with 70% acceptance among the parents surveyed.
This project represents an accessible and effective tool for pre-school
education.
Keywords: Teaching device; learning
stimulation; RFID; educational technology; pre-school.
Resumen. El objetivo de este estudio es diseñar y desarrollar un
dispositivo electrónico de enseñanza para estimular el aprendizaje en niños de
3 a 5 años a través de la interacción y el juego. Se utilizó una metodología
basada en cinco etapas: recopilación de literatura, diseño del sistema
embebido, programación del dispositivo, desarrollo de una aplicación móvil y
pruebas funcionales. El dispositivo consta de un NodeMCU ESP32, lectores RFID y
tarjetas interactivas que permiten a los niños realizar actividades lúdicas
relacionadas con los colores, los números y las letras. Además, se desarrolló
una aplicación Android Studio para facilitar la supervisión por parte de los
tutores. Los resultados muestran que el dispositivo promueve el aprendizaje
significativo, con un 70% de aceptación entre los padres encuestados. Este
proyecto representa una herramienta accesible y eficaz para la educación
preescolar.
Palabras clave: Dispositivo
didáctico; estimulación del aprendizaje; RFID; tecnología educativa;
preescolar.
INTRODUÇÃO
Um dos objectivos da
educação pré-escolar é adquirir diferentes competências sociais e académicas,
como as cores, as vogais, os números, etc., o que pode ser difícil para algumas
crianças. Porque há diferentes factores que afectam a aprendizagem nesta idade
(3 a 5 anos), como a deficiência, a distração, o stress escolar, a frustração,
a falta de interesse, a motivação pessoal e até a falta de preparação e
formação de alguns educadores, etc.
A tecnologia de
identificação por radiofrequência (RFID) oferece possibilidades inovadoras no
domínio da educação. Estudos anteriores demonstraram que os dispositivos
didácticos baseados em tecnologias interactivas promovem uma aprendizagem
significativa e a motivação das crianças (Durán Bouza et al., 2014). Além
disso, a utilização de aplicações móveis permite aos tutores e educadores
monitorizar e personalizar eficazmente as atividades educativas
(Fernández-Abella et al., 2019).
Os programas de
estimulação da linguagem oral aplicados numa sala de jardim de infância têm
sido amplamente estudados; assim, Cuevas Miranda, C. A., et. al. (2019) apresentaram
os resultados da sua investigação no seu artigo intitulado "Experiência de
aplicação de um programa de estimulação da linguagem em salas de jardim de
infância inclusivas", que aplicou um modelo de intervenção
colaborativo-inclusivo. Vinte e oito crianças participaram neste programa e as
suas competências foram avaliadas antes e depois da implementação do programa.
Da mesma forma, Durán
Bouza, M., et. al. (2014) apresenta um artigo sobre "Estudo piloto sobre a
implementação de um programa lúdico no contexto escolar para a estimulação da
linguagem", concebendo e aplicando um programa lúdico-educativo para
estimular a linguagem de crianças com e sem dificuldades específicas em 25
alunos do terceiro ano. Este programa procura responder à necessidade de
ferramentas na sala de aula, que actuem sobre as dificuldades que surgem
durante o desenvolvimento da linguagem das crianças
Fernández Abella R.,
et., al., (2019), por sua vez, realizam a sua investigação "Programa de
intervenção virtual para melhorar a memória de trabalho e as competências
matemáticas básicas na Educação Infantil", com o objetivo de conceber e
implementar um programa de intervenção educativa virtual, baseado na
aprendizagem através do jogo de gestos, para ajudar a memória de trabalho e as
competências matemáticas básicas.
O estudo "Tecnologias
da informação e da comunicação para a inovação educativa" de Ruiz Sánchez
& Ortega Barba (2014) reúne dez novas propostas sobre a educação em
diferentes cenários e um campo de estudo que reúne as preocupações do meio
científico em relação às tecnologias da informação e da comunicação (TIC) e à sua
aplicação na educação.
O estudo de Silva Calpa,
A. C., & Martínez Delgado, D. G. (2017) procura saber qual a influência do
Smartphone na conceção e dinâmica das estratégias pedagógicas na aprendizagem, analisando
as vantagens e desvantagens nos processos de aprendizagem.
Como se pode constatar,
estes estudos anteriores centram-se na análise de diferentes aspectos da
educação e de ferramentas para ajudar a melhorar a estimulação da aprendizagem,
em diferentes ramos, para diferentes necessidades e capacidades especiais. O
presente projeto centra-se na conceção de um dispositivo didático para crianças
dos 3 aos 5 anos de idade, integrado por componentes de hardware acessíveis e
uma aplicação móvel interactiva. Este dispositivo procura estimular
competências cognitivas básicas como o reconhecimento de cores, números e
letras através de uma experiência lúdica e tecnológica.
MATERIAIS E MÉTODOS
Foi efectuada uma investigação
aplicada com uma abordagem experimental. A conceção
do estudo incluiu fases de desenvolvimento da tecnologia, testes-piloto e avaliação do impacto na aprendizagem das crianças participantes.
Como primeira ação, foram analisados
estudos anteriores relacionados com a estimulação precoce, metodologias pedagógicas e tecnologias interactivas aplicadas na educação.
Em seguida, foi desenvolvido o projeto do sistema embarcado, selecionando componentes como o ESP32 NodeMCU, leitores RFID RC522 e cartões
RFID, priorizando o baixo custo e a facilidade de programação.
Em seguida, foi efectuada a fase de programação, para a qual
o código do dispositivo a criar foi desenvolvido
em C++, utilizando o ambiente Arduino IDE. A aplicação móvel foi programada em Java utilizando o Android
Studio. Foi então construído o protótipo, no qual foi montada uma
caixa interactiva com um
design atrativo e resistente.
Com tudo isso, foi possível realizar
testes-piloto com 10 crianças,
sob a supervisão de seus tutores, avaliando a facilidade de uso e o impacto educacional.
Os materiais utilizados nesta investigação em termos de hardware para a construção da caixa didática foram o NodeMCU ESP32, um módulo que permite a ligação dos leitores RFID RC22. Além disso, o NodeMCU ESP32 possui tecnologia Bluetooth utilizada para
a conexão com o aplicativo móvel. Quanto ao software, foram utilizados para
desenvolver o código de programação o Arduino IDE, o Android Studio e o código
de programação C++ para o dispositivo e Java para a aplicação móvel.
O desenvolvimento do projeto foi dividido
em fases, que são descritas a seguir.
Fase 1
Para determinar a conceção e as actividades
lúdicas a realizar na caixa didática, foram efectuadas consultas bibliográficas
sobre os tipos de métodos de estimulação precoce e os métodos de ensino
pré-escolar. Após a revisão bibliográfica, foi enviado um questionário de 5
perguntas a 10 pais que têm filhos das idades abrangidas pelo projeto. Este
questionário foi utilizado para conhecer a perspetiva dos pais sobre integração
de um método complementar para a educação dos seus filhos de forma didática,
entre outras questões de interesse para o projeto. Estas questões e as
respostas obtidas são apresentadas na Tabela 1. Onde são avaliadas através de
uma escala de Likert de 1 a 5, tendo a relação com "discordo
fortemente", "discordo", "concordo ligeiramente",
"concordo" e "concordo fortemente", respetivamente.
Quadro 1. Resultados do
pré-inquérito.
|
Questão |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|||||
|
Considera que é necessário
implementar outro tipo de método para uma educação interactiva e dinâmica das
crianças de 3-5 anos? |
- |
- |
1 |
4 |
5 |
|||||
|
Concorda que
é uma boa alternativa aplicar jogos e tecnologias na educação? |
- |
- |
- |
4 |
6 |
|||||
|
Considera que é uma boa
alternativa implementar um dispositivo didático e tecnológico com o qual as
crianças possam brincar para o seu desenvolvimento escolar? |
- |
- |
- |
2 |
8 |
|||||
|
Considera
necessário que o tutor acompanhe as actividades da criança através de uma
aplicação móvel? |
- |
- |
1 |
2 |
7 |
|||||
|
|
|
|||||||||
|
Números |
Alfabeto |
Cores |
Figuras
geométricas |
Ambiente |
||||||
|
Que temas recomendaria que
constassem do dispositivo de ensino? |
4 |
2 |
2 |
1 |
1 |
|||||
A tabela 2 apresenta as respostas obtidas dos pais das crianças
selecionadas. Perguntou-se quais os temas que recomendariam para serem
praticados no dispositivo didático. Foram 3 os temas mais votados (números,
alfabeto e cores), pelo que, com base nestes dados, procedemos à elaboração dos
temas para o dispositivo didático.
Fase 2
Para dar continuidade ao projeto procedemos ao desenho do diagrama de
blocos da arquitetura do sistema embebido da caixa didática (ver Figura 1),
este sistema é constituído pela placa principal NodeMCU ESP32 à qual estão
ligados 3 leitores RFID, responsáveis pela leitura dos cartões RFID que têm um valor
definido por programação. Além disso, a aplicação móvel está ligada a todo o
sistema por Bluetooth através desta placa.
Figura 1. Diagrama
de blocos do dispositivo didático.
Fase 3
Nesta etapa, foi desenvolvido o código para o sistema embarcado no IDE
Arduino, para o gerenciamento dos leitores RFID, e a programação dos cartões
RFID, bem como a programação do bluetooth NodeMCU. Como se pode ver no
fluxograma (ver Figura 2) a funcionalidade do sistema é que os leitores
detectam o cartão RFID, depois através do código é analisado se o seu UID
(unique identifier) está correto, se não estiver este processo é repetido, se
estiver correto o processo é concluído e aparece um alerta na App móvel a dizer
que está OK. De seguida, procede-se à realização de outra atividade.
Figura 2Diagrama
de fluxo do circuito eletrónico da caixa didática.
Fase 4.
A conceção e o desenvolvimento da aplicação móvel foram realizados em
linguagem Java, esta aplicação utiliza a tecnologia de comunicação bluetooth do
telemóvel para se ligar ao bluetooth do NodeMCU. Uma vez ligada, a aplicação
mostra qual a atividade que a criança tem de realizar e se a resposta a essa
atividade está correta ou não. A seguir mostra-se como funcionam os botões da
aplicação:
JOGAR; permite-lhe iniciar o jogo. A secção "A sua resposta"
mostra se as cartas introduzidas pela criança estão corretas ou incorrectas.
BLUETOOTH ON / BLUETOOTH OFF; são utilizadas para ativar ou desativar,
respetivamente, a comunicação Bluetooth no telemóvel.
VISUALIZAR DISPOSITIVOS SYNC; permite visualizar os dispositivos que
estão visíveis para estabelecer uma ligação bluetooth.
DESCOBRIR NOVOS DISPOSITIVOS; permite-lhe atualizar a lista de
dispositivos visíveis ou com Bluetooth ativado
Para desenvolver a aplicação, foi primeiro criada uma interface
gráfica para prosseguir com o Main.Activity, que contém o programa principal da
aplicação. Em seguida, foram importadas as bibliotecas necessárias para efetuar
a programação da aplicação. Por fim, foi gerado o ficheiro APK, que contém a
aplicação para ser instalada num telemóvel e iniciar os respectivos testes.
Figura 3. Desenvolvimento
de aplicações móveis
Fase 5
Uma vez terminado o dispositivo didático (caixa + aplicação móvel),
foram realizados testes com 10 crianças que cumpriam a idade estabelecida para
este projeto (3-5 anos) sob a observação e orientação dos respectivos pais. No
final da interação com o dispositivo, foi enviado um questionário aos pais,
este inquérito é composto por 5 questões relacionadas com a utilização do
dispositivo e as suas impressões sobre o mesmo. As perguntas deste inquérito e
as respectivas respostas obtidas são apresentadas na tabela 2. As respostas são
classificadas de 1 a 5, com "discordo totalmente",
"discordo", "concordo ligeiramente", "concordo" e
"concordo totalmente", respetivamente.
Quadro 2: Resultados
do inquérito sobre a aceitabilidade do dispositivo didático.
|
Questão |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1.
Considera que o dispositivo é
fácil de utilizar? |
- |
- |
3 |
6 |
1 |
|
2.
Considera que o dispositivo de aprendizagem e a
aplicação móvel atingem o objetivo de estimular
a aprendizagem das crianças? |
- |
- |
3 |
5 |
2 |
|
3.
Considera que as diferentes funções do dispositivo e da aplicação
estão bem integradas? |
- |
- |
3 |
- |
7 |
|
4.
Acha que a criança consegue compreender a dinâmica de cada jogo, sem a ajuda
de um adulto? |
- |
1 |
4 |
- |
5 |
|
5.
Recomendaria este dispositivo
a mais alguém? |
- |
2 |
5 |
- |
3 |
RESULTS
Os resultados dos testes-piloto revelam um
elevado grau de aceitação por parte dos tutores. 70% dos inquiridos indicaram
que "concordam" ou "concordam fortemente" que o dispositivo
estimula a aprendizagem das crianças. Além disso, foi destacada a facilidade de
utilização do dispositivo e da aplicação móvel. Isto é confirmado pelos resultados
obtidos no segundo inquérito (ver Quadro 2), especialmente na segunda pergunta,
que está diretamente relacionada com a hipótese deste projeto. Tendo em conta
estes resultados, verifica-se uma maioria de conformidade com a hipótese
formulada. Sem deixar de lado os 30% que dão uma resposta entre negativa e
positiva, o que indica que seria necessário melhorar certos aspectos
tecnológicos, bem como a implementação do dispositivo, para poder cumprir a
hipótese inicial a 100%.
Finalmente, vários dados-chave podem ser
determinados a partir destes inquéritos, tais como os temas mais populares:
cores, números e letras, bem como a interação, uma vez que as crianças
compreenderam as actividades e mostraram um interesse sustentado durante as
sessões.
Os resultados estão em consonância com
investigações anteriores que destacam a eficácia das tecnologias interativas na
educação pré-escolar (Cuevas Miranda et al., 2019; Silva Calpa & Martínez
Delgado, 2017). Embora o dispositivo tenha cumprido os seus objectivos, os 30%
de respostas neutras sugerem a necessidade de otimizar a experiência do
utilizador, especialmente para crianças com menos independência.
CONCLUSSION
Concluiu-se que
o dispositivo didático é
uma ferramenta eficaz para estimular a aprendizagem em crianças dos 3 aos 5
anos de idade através de actividades lúdicas;
Por outro lado, a combinação de hardware
acessível e software de fonte aberta permite o desenvolvimento de soluções
tecnológicas viáveis para a educação; e
O envolvimento dos tutores é fundamental
para maximizar o impacto educativo do dispositivo.
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