Tema: Sistemas Embarcados para ensino com abordagem STEM

Ementa: A disciplina explora o estudo e desenvolvimento de sistemas embarcados e tecnologias open-source em projetos educacionais com foco em STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), promovendo a integração de conhecimentos interdisciplinares, teóricos e práticos, para estimular o desenvolvimento de habilidades em jovens pré-universitários e democratizar o emprego de ferramentas tecnológicas em escolas públicas de ensino básico. Estudaremos e desenvolveremos projetos usando sistemas embarcados, IoT, eletrônica, sensores e atuadores com foco em aplicações como ferramentas de apoio a experimentos que permitam uma vivência prática e que despertem e exercitem habilidades desejadas nos profissionais do futuro.

Bibliografia: Mitchel Resnick - "Lifelong Kindergarten: Cultivating Creativity through Projects, Passion, Peers, and Play" Descrição: Resnick, do MIT Media Lab, explora como as abordagens usadas nas salas de aula do jardim de infância podem ser estendidas para beneficiar aprendizes de todas as idades, promovendo um ambiente de aprendizado mais criativo e prático que é ideal para a educação STEM. Paulo Freire - "Educação como Prática da Liberdade" Descrição: Este trabalho aborda a educação como um meio de conscientização e liberdade, explorando a relação entre educador, educando e sociedade. Freire propõe uma pedagogia centrada no aluno, relevante para abordagens práticas e participativas na educação STEM. Elecia White - "Making Embedded Systems: Design Patterns for Great Software" Diversos artigos recentes e indexados sobre o tema

Conteudo Programático: Unidade 1 – Fundamentos e Contexto Educacional Educação STEM e STEAM: conceitos, relevância e desafios. Aprendizagem por Projetos (PBL) e Educação Maker. O Projeto Escola 4.0 e o ecossistema BitDogLab. Integração entre hardware aberto e práticas pedagógicas. Exemplos de projetos educacionais com sistemas embarcados. Unidade 2 – Introdução a Sistemas Embarcados Conceito de sistema embarcado e aplicações em ensino. Estrutura de hardware da plataforma BitDogLab (RP2040/RP2350). Introdução ao ambiente de programação (MicroPython e C/C++). Manipulação de periféricos: LEDs, botões, buzzer, joystick e display OLED. Prática 1: desenvolvimento do primeiro projeto on-board. Unidade 3 – Interfaces e Sensoriamento Comunicação I2C, SPI, UART e GPIOs digitais/analógicos. Integração com sensores externos: temperatura, luz, movimento, som. Controle de atuadores: relés, motores DC, servos e dispositivos PWM. Fundamentos de IoT e comunicação via Wi-Fi / MQTT. Prática 2: projeto com sensores externos e comunicação IoT. Unidade 4 – Projeto de Hardware Educacional Introdução ao KiCad e ferramentas open-source de CAD eletrônico. Projeto esquemático, footprint e layout de placas. Interfaces de expansão para a BitDogLab. Fabricação de PCBs (prototipagem e design para ensino). Prática 3: desenvolvimento de um módulo educacional de apoio à BitDogLab. Unidade 5 – Implementação e Testes Montagem e validação dos circuitos desenvolvidos. Integração de hardware, firmware e interface visual. Documentação técnica e reprodutibilidade. Demonstrações práticas e apresentação dos projetos finais. Discussão: impacto social e educacional das tecnologias abertas. Syllabus **Unit 1 – Fundamentals and Educational Context** STEM and STEAM Education: concepts, relevance, and challenges. Project-Based Learning (PBL) and Maker Education. The School 4.0 Project and the BitDogLab ecosystem. Integration between open hardware and pedagogical practices. Examples of educational projects with embedded systems. **Unit 2 – Introduction to Embedded Systems** Concept of embedded systems and applications in education. Hardware structure of the BitDogLab platform (RP2040/RP2350). Introduction to the programming environment (MicroPython and C/C++). Peripheral manipulation: LEDs, buttons, buzzer, joystick, and OLED display. Practice 1: development of the first on-board project. **Unit 3 – Interfaces and Sensing** I2C, SPI, UART communication and digital/analog GPIOs. Integration with external sensors: temperature, light, motion, sound. Actuator control: relays, DC motors, servos, and PWM devices. Fundamentals of IoT and communication via Wi-Fi / MQTT. Practice 2: project with external sensors and IoT communication. **Unit 4 – Educational Hardware Design** Introduction to KiCad and open-source electronic CAD tools. Schematic design, footprints, and PCB layout. Expansion interfaces for BitDogLab. PCB manufacturing (prototyping and design for education). Practice 3: development of an educational support module for BitDogLab. **Unit 5 – Implementation and Testing** Assembly and validation of the developed circuits. Integration of hardware, firmware, and visual interface. Technical documentation and reproducibility. Practical demonstrations and presentation of final projects. Discussion: social and educational impact of open technologies. Descripción de la asignatura **Unidad 1 – Fundamentos y Contexto Educativo** Educación STEM y STEAM: conceptos, relevancia y desafíos. Aprendizaje Basado en Proyectos (PBL) y Educación Maker. El Proyecto Escuela 4.0 y el ecosistema BitDogLab. Integración entre hardware abierto y prácticas pedagógicas. Ejemplos de proyectos educativos con sistemas embebidos. **Unidad 2 – Introducción a los Sistemas Embebidos** Concepto de sistema embebido y aplicaciones en la enseñanza. Estructura de hardware de la plataforma BitDogLab (RP2040/RP2350). Introducción al entorno de programación (MicroPython y C/C++). Manipulación de periféricos: LEDs, botones, buzzer, joystick y pantalla OLED. Práctica 1: desarrollo del primer proyecto a bordo. **Unidad 3 – Interfaces y Sensado** Comunicación I2C, SPI, UART y GPIOs digitales/analógicos. Integración con sensores externos: temperatura, luz, movimiento, sonido. Control de actuadores: relés, motores DC, servos y dispositivos PWM. Fundamentos de IoT y comunicación vía Wi-Fi / MQTT. Práctica 2: proyecto con sensores externos y comunicación IoT. **Unidad 4 – Diseño de Hardware Educativo** Introducción a KiCad y herramientas de CAD electrónico de código abierto. Diseño esquemático, footprint y layout de placas. Interfaces de expansión para BitDogLab. Fabricación de PCBs (prototipado y diseño para la enseñanza). Práctica 3: desarrollo de un módulo educativo de apoyo a BitDogLab. **Unidad 5 – Implementación y Pruebas** Montaje y validación de los circuitos desarrollados. Integración de hardware, firmware e interfaz visual. Documentación técnica y reproducibilidad. Demostraciones prácticas y presentación de los proyectos finales. Discusión: impacto social y educativo de las tecnologías abiertas.
Obs.: Consultar Catálogo vigente na DAC.

Forma Avaliação: Os estudantes entregam 3 projetos e serão avaliados por rúbrica.