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CubeDesign: Uma Competição Educacional em Engenharia Espacial

Walter Abrahao dos Santos, Tânia Beatriz Hoffmann
Colaboradores: Italo P. Rodrigues, Ricardo M. Ferreira, André F. Teixeira, Anderson L. Barbosa, Jenny C. R. Asencio, Felipe O. Tavares, Mariany L. M. Gomes, Gabriella C. Junqueira, Camila A. Escanio

No cenário da educação brasileira tem-se discutido sobre diferentes processos e metodologias de ensino e aprendizagem. Nesse sentido, muitas abordagens vêm sendo inseridas no contexto de ensino, algumas delas baseadas na aprendizagem ativa, na aprendizagem baseada em problema (ABP), gamificação e também tecnologia na educação.

Além de motivarem mais os estudantes, estas abordagens permitem a inserção de diversos conteúdos em sala de aula, inclusive os que não são abordados costumeiramente nos livros didáticos. Segundo Falcão e Campomar (2018), a aprendizagem ativa ocorre quando o aluno interage com o assunto a ser estudado, essa interação se dá através do ouvir, do falar, do perguntar, do discutir, do fazer e do ensinar. Deste modo, estimula-se a construção do conhecimento e o estudante não fica limitado apenas ao recebimento passivo de informações.

Já o método de ABP possibilita ao estudante ser responsável por buscar soluções de problemas reais (LOPES; SILVA FILHO; ALVES, 2019). Uma pesquisa realizada pela Universidade de Washington revelou que o uso deste método melhorou a média das notas em cerca de 6%, quando comparados a métodos tradicionais (FREEMAN, 2014).

Sob os contextos de aprendizagem ativa e ABP, são desenvolvidas as atividades do CubeDesign, uma competição latino-americana de desenvolvimento de pequenos satélites, que possui o objetivo de difundir e fomentar o conhecimento científico-tecnológico de assuntos associados ao setor espacial (Dos Santos et al., 2018). A competição, que é organizada por estudantes de pós-graduação e professores do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), contempla a participação de estudantes em diferentes níveis acadêmicos e em diferentes áreas do conhecimento, tornando evidente sua multidisciplinaridade.

As atividades são divididas em três categorias principais: Mockup, para alunos do ensino fundamental; Cansat, para alunos do ensino médio e ensino superior; e, CubeSat, para alunos do ensino superior e pós-graduação. Dentro destas categorias, as atividades são pensadas de modo que os participantes possam vivenciar partes do processo de ciclo de vida de um produto espacial.

Dessa forma, a categoria Mockup busca incentivar crianças a despertar o interesse nas áreas de ciência e tecnologia. Participam desta categoria os estudantes do ensino básico matriculados até o 9º ano do ensino fundamental. Os estudantes são instruídos a planejar e construir uma maquete de um artefato espacial (como um foguete, satélites ou afins), a partir de materiais reciclados. Neste contexto, cada equipe inicia a competição com um orçamento pré-estabelecido, com o objetivo de adquirir os materiais para o desenvolvimento de seus projetos. Os estudantes desta categoria são avaliados sob diferentes aspectos, tais como: tempo de desenvolvimento, interação entre os integrantes da equipe, custo do projeto e qualidade do artefato desenvolvido. Para verificar o cumprimento da missão proposta, são realizados testes com os artefatos desenvolvidos para a competição, simulando uma missão real. Vale destacar que todas as atividades realizadas são supervisionadas por alunos de pós-graduação do INPE.

Os desafios dos alunos da categoria CanSat são focados no planejamento e no lançamento de um CanSat, picossatélite (pequeno satélite com massa inferior a 1kg), em formato de uma lata de refrigerante, a partir de um sistema de lançamento (foguete de garrafa PET e água pressurizada). Após o lançamento, o satélite deve adquirir informações sobre seu o voo, por exemplo, a altitude que atingiu e saúde dos equipamentos embarcados. Além disso, o CanSat deve contar com um sistema de pouso, tradicionalmente realizado por um paraquedas, para permitir que o artefato seja recuperado com o mínimo de dano, uma vez que é extremamente importante a recuperação da carga útil. Esta categoria possui um grau de complexidade intermediário, o que permite a inserção de grupos que possuem um nível mais baixo de maturidade tecnológica, possibilitando a eles um primeiro contato com a área espacial, o que permite a criação de uma base de conhecimento que pode ser reaproveitada em outros projetos mais complexos. Os alunos também precisam desenvolver habilidades voltadas à concepção dos subsistemas, levando em consideração tanto a resistência da estrutura do corpo do satélite quanto a comunicação entre o CanSat e a estação de recepção das telemetrias (informações medidas durante seu voo).

A categoria de CubeSat visa estimular os estudantes do ensino superior e pós-graduação a desenvolverem seus conhecimentos na área de CubeSats, nanossatélites em formato padrão de cubo. É, dentre as categorias, a mais complexa, pois os satélites desenvolvidos passam por alguns testes ambientais (vibração e ciclagem térmica), testes funcionais, além de cumprirem uma missão desafiadora. Ainda, esta categoria leva em consideração diversas áreas do conhecimento, como mecânica, eletrônica, computação em tempo real, teoria de controle, telecomunicações, entre outras. Os testes ambientais são realizados para simular algumas situações de operação real e são realizados nas instalações do Laboratório de Integração e Testes (LIT/ INPE). Este possui o maior laboratório para desenvolvimento, montagem, integração e testes de satélites em todo o hemisfério Sul.

Até o presente momento foram realizadas duas edições presenciais na cidade de São José dos Campos – SP no INPE. A primeira edição ocorreu no ano de 2018 e contou com a participação de 6 equipes e 36 estudantes. A segunda edição, realizada no ano de 2019, contou com a participação de 21 equipes e 121 estudantes. No ano de 2020, o CubeDesign inovou ao lançar uma edição virtual sob contexto de pandemia mundial, em virtude da COVID-19. Esta edição está em curso com a participação de 109 estudantes.

A edição presencial do evento permite aos estudantes um contato com alunos e professores do INPE, além de toda a experiência no próprio centro de pesquisa do instituto. Por outro lado, a edição virtual faz ênfase em capacitações em diferentes áreas do conhecimento, que são ministradas por alunos e pesquisadores de referência em suas áreas de atuação. Ao longo das edições do CubeDesign foi possível identificar um grande engajamento dos alunos no desenvolvimento das atividades propostas nas competições. Por ser uma área do conhecimento incomum na educação básica, e também no ensino superior, os estudantes dedicam-se na busca de conhecimentos acerca dos temas levantados na competição e buscam por soluções para os desafios abordados.

Referências

FALCÃO, R. F.; CAMPOMAR, M. C. Aprendizagem Ativa: relato de experiência de produção de vídeos por alunos de Marketing. In: Liceu On-line, São Paulo, v.8, n. 1, p. 92-118, jan./jun. 2018. Disponível em: https://liceu.fecap.br/LICEU_ON-LINE/article/view/1786 Acesso em: 04 ago. 2020.
FARIS, P. A. M.; MARTIN, A. L. A. R. Aprendizagem Ativa na Educação em Saúde: Percurso Histórico e Aplicações. Revista Brasileira de educação médica, p. 143 - 150, 2014.
INPE. CubeDesign. Disponível em: http://www.inpe.br/cubedesign/2020/. Acesso em: 22 out. 2020.
LOPES, R. M.; SILVA FILHO, M. V.; ALVES, N. G. Aprendizagem baseada em problemas. 1. ed. Rio de janeiro: Publiki, 2019.
Walter A. Dos Santos, Jenny C. R. Asencio, Eduardo E. Burger, Lazaro A. P. Camargo, Christopher S. Cerqueira, Jeanne Lima, Herbi J. P. Moreira, Daniel Nono, Mateus Oliveira, Italo P. Rodrigues, Felipe O. Tavares, Auro Tikami and Plinio I. G. Tenório, CubeDesign: A Comprehensive Competition for Space Engineering Capacity Building in Latin America, Conference: III IAA Latin American CubeSat Workshop, December 2018.

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