MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOG...
Adilmar Coelho Dantas
Projeto Weblab: Laboratório de Experimentação Remota para
Ensino de Física
Trabalho de conclusão de ...
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TERMO DE APROVAÇÃO
Adilmar Coelho Dantas
Projeto Weblab: Laboratório de Experimentação Remota para
Ensino de Física
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Dedico este trabalho a minha mãe
e a todos que me apoiaram nesta jornada da minha vida.
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Agradecimento
Ao professor Eduardo Kojy Takahashi pela oportunidade e confiança dedicada em
mim neste projeto.
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Faça os seus dias valerem as lembranças.
(Bill Gates)
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Resumo
Este trabalho apresenta a criação de um laboratório de acesso remoto, um WebLab,
constituído de equipamentos e si...
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Abstract
This work presents the creation of a remote access laboratory, a WebLab, consisting
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Listas de Ilustrações
Figura 1 - Proporção de indivíduos que acessaram a internet (UOL, 2013) .............14
Figura 2 -...
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Figura 28 - Interface de experimentação do portal WebLab.....................................48
Figura 29 - Visão da ve...
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Lista de Abreviaturas
APK - Android Package
AVI - Audio Video Interleave
AVM - ActionScript Virtual Machine
CI – Circui...
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Sumário
Capitulo 01: Aspectos Introdutórios.....................................................................14
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Comunicação assíncrona ..................................................................................45
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CAPITULO 01: ASPECTOS INTRODUTÓRIOS
1.1 Introdução
Existem atualmente inúmeras discussões a respeito da utilização da t...
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acompanhar em épocas recentes a consolidação de microcomputadores com
distintas finalidades, envolvendo desde simples t...
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1.2. Justificativa
A crescente evolução da tecnologia da informação e o surgimento de novas
ferramentas computacionais ...
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experimentação remota, pois devem proporcionar ao aluno a sensação de ambiente
real com prioridade aos elementos gráfic...
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 Desenvolver a modelagem do laboratório, documentando graficamente todos
os processos de desenvolvimento e implantação...
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CAPITULO 02: DESENVOLVIMENTO
2.1. Referencial Teórico
O Experimento para a Determinação da Relação Carga/Massa do Elétr...
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Figura 2 - Experimento J. J. Thomson (CERN, 2013)
Experimento de Thomson Aplicado ao WEBLAB
A razão carga/massa foi med...
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Um tubo de vácuo possui um cátodo C o qual emite elétrons. Os ânodos A e
A’ fazem com que o feixe seja colimado em dire...
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assim que a razão e/m era universal.
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alguns experimentos com a possibilidade de c...
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Figura 6 - Laboratório didático virtual de física (USP, 2013)
2.2. Metodologia
O processo de desenvolvimento do Laborat...
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importância, pois sem o mesmo não seria possível desenvolver os botões o
mais próximo do real (FLATSCHART, 2013).
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 APACHE: servidor responsável por fornecer aos usuários os conteúdos
desenvolvidos através da internet, sendo o mais b...
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 Plugin PerfMonMetrics: desenvolvido para o JMeter, realiza análises, testes
de estresse e testes graduais, com gráfic...
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Figura 9 - Voltímetro (PHYWE, 2013)
 Cabos de Conexão: Cabos de conexão para ...
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entrada/saída embutido, programada em linguagem semelhante à sintaxe da
linguagem C. A mesma é responsável por receber ...
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 Motores de passo: foram utilizados para o acionamento dos experimentos
interligados por uma placa de circuito impress...
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experimento individualmente sobre o mesmo IP (Internet Protocol) e manter cada
usuário por um tempo fixo e determinado....
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portáteis ou dispositivos móveis, todos com suporte a JAVA ou FLASH do qual são
enviadas variáveis através de uma inter...
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evitando excesso de simplificação e cuidando para que as ideias sejam
representativas e apresentadas segundo múltiplas ...
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Figura 16 – Modelo HDM (HDM Hypermedia Design Model, 2013)
Figura 17 – Diagrama de Navegabilidade
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A figura 17 apresenta o diagrama de navegabilidade do tipo Cross-
channel (canais cruzados) considerando uma estrutura ...
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Levantamento de requisitos
Para início da elabora...
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Este caso de uso tem como objetivo demostrar como ocorre a acesso ao
experimento do qual um usuário ou administrador ge...
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Caso de uso manipulação do experimento
Figura 20 – Caso de uso manipulação do experimento
O diagrama de caso de uso dem...
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Cenário Principal:
1. O usuário liga o experimento
2. O usuário manipula o experimento
2.1Seleciona webcam
2.2Manipula
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O mesmo é a principal representação gráfica usada para representar o modelo
conceitual. O diagrama nos demonstra uma en...
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Com a plataforma CMS (Content Management System) instalada e
configurada, criou-se primeiramente o layout em css e html...
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A função LoadImage1, atualiza o identificador da imagem (uniq1) a cada 4
milisegundos, uma vez que o carregamento da im...
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Comunicação assíncrona
No desenvolvimento do WebLAB utilizou-se a comunicação assíncrona, para
acompanhamento da transm...
46
didático usado a partir de um computador remoto com acesso à web.
O principal desafio encontrado foi a transmissão dos ...
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cadastro com as características de cada perfil, usuário e senha para segurança e
mensuração dos usuários cadastrados co...
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utilizando imagens reais dos equipamentos, cujo objetivo é proporcionar aos
usuários a sensação de realidade, manipulan...
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realizar e disponibilizar a experimentação em tempo real através de dispositivos
móveis com acesso à internet. Na image...
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de teste, desde a visão intuitiva sobre teste até uma definição formal (KOSCIANSKI,
2006). Todas as afirmações, sejam i...
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taxa de disponibilidade do mesmo.Os resultados foram gerados em relatórios,
gráficos, tabelas e uma asserção de HTML qu...
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Figura 30 - Requisições para 200 usuários (solicitações são processadas por segundo)
Figura 31 - Requisições para 400 u...
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Figura 32 - medição do tempo de resposta do servidor web
Figura 33 - medição do tempo de resposta do servidor web
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Figura 34 - Requisições para 100 usuários (tempo de latência)
Figura 35 - Requisições para 200 usuários (tempo de latên...
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Figura 36 - Requisições para 400 usuários (tempo de latência)
Dentre os resultados obtidos em um cenário usual de produ...
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CAPITULO 03: CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS
Observa-se, atualmente, que são inúmeras as contribuições da inserção das TI...
57
essas condições podem variar conforme o esgotamento de recursos do sistema,
como memória, ciclos de processador, largur...
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDROID SDK, 2013. Disponível em <http://developer.android.com/reference
/packages.html> Ace...
59
FLANAGAN, David. Javascript: O Guia Definitivo. 6. ed. São Paulo: Bookman,
2012. 1080 p.
FLATSCHART, Fábio. Adobe Flash...
60
SCHUMACHER, E.; TAVARES, A.; SILVA, M.R.; SILVA, H.S.; DALFOVO; OSCAR;
LAVALL I.T.; AZAMBUJA, R.A. Física Experimental ...
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ANEXO 01: RECURSOS NECESSÁRIOS
A descrição, orçamento e compra dos recursos necessários para o projeto estão
listados n...
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Descrição/Utilização Unidade Quantidade
Valor R$
Unitário
Valor R$
Total
Fonte
Financiadora
FITA ISOLANTE PARA
ISOLAMEN...
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ANEXO 02: CODIFICAÇÃO SQL
-- CRIA BANCO DE DADOS DO CHAT
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS `banco_chat` /*!40100 DEFAULT CH...
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/*!40101 SET character_set_client = utf8 */;
CREATE TABLE `usersonline` (
`timestamp` int(15) NOT NULL DEFAULT '0',
`ip...
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`ingresso` varchar(50) DEFAULT NULL,
`endereco_escola` varchar(50) DEFAULT NULL,
`cep_escola` varchar(50) DEFAULT NULL,...
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ANEXO 03: MANUAL DE MONTAGEM DO KIT DIDÁTICO
Para a montagem do aparato didático acoplado com os motores e a fonte, foi...
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Figura 02
O terceiro passo foi o encaixe dos eixos entre o motor e as fontes de modo que
quando o motor recebesse o imp...
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TCC: WebLab Laboratório de Experimentação Remota

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TCC apresentado cujo objetivo e propor o desenvolvimento de um laboratório remoto para ensino da fisíca.

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TCC: WebLab Laboratório de Experimentação Remota

  1. 1. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO TRIÂNGULO MINEIRO PROJETO WEBLAB: LABORATÓRIO DE EXPERIMENTAÇÃO REMOTA PARA ENSINO DE FÍSICA UBERLÂNDIA 2013
  2. 2. Adilmar Coelho Dantas Projeto Weblab: Laboratório de Experimentação Remota para Ensino de Física Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro, Campus Uberlândia Centro, como requisito parcial para conclusão do Curso de Tecnologia em Sistemas para Internet. Orientadora: Dra. Lilian Ribeiro Mendes Paiva Uberlândia, MG 2013
  3. 3. 3 TERMO DE APROVAÇÃO Adilmar Coelho Dantas Projeto Weblab: Laboratório de Experimentação Remota para Ensino de Física Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro, Campus Uberlândia Centro, como exigência parcial para obtenção do diploma de Tecnólogo em Sistemas para Internet, sob a orientação da Profa. Dra. Lilian Ribeiro Mendes Paiva. Aprovado em 16 de julho de 2013. ____________________________________________________________ Profa. Dra. Lilian Ribeiro Mendes Paiva (Orientadora) _________________________________________________________ Prof. Ms. Ricardo Soares Boaventura (Convidado) _______________________________________________________ Prof. Ms. Gustavo Prado (Convidado) Uberlândia, MG 2013
  4. 4. 4 Dedico este trabalho a minha mãe e a todos que me apoiaram nesta jornada da minha vida.
  5. 5. 5 Agradecimento Ao professor Eduardo Kojy Takahashi pela oportunidade e confiança dedicada em mim neste projeto. A professora Lilian Ribeiro Mendes Paiva, por sua orientação e incentivo. A professora Cricia Zilda Felício, por seu apoio e incentivo. A todos os professores do curso, pelo aprendizado adquirido, motivo principal para a finalização deste projeto. Aos amigos do Laboratório de Experimentação Remota (NUTEC) em especial aos alunos da física, Hermes e Rener. Ao Instituto Federal do Triângulo Mineiro, Campus Centro, pela acolhida, rumo à minha formação superior. A Universidade Federal de Uberlândia, pelo apoio e investimento junto ao projeto e pela oportunidade de trabalhar na instituição.
  6. 6. 6 Faça os seus dias valerem as lembranças. (Bill Gates)
  7. 7. 7 Resumo Este trabalho apresenta a criação de um laboratório de acesso remoto, um WebLab, constituído de equipamentos e sistemas reais que podem ser controlados a distância através da internet. Na proposta, o WebLab permitiu o desenvolvimento de um sistema de controle de um experimento para determinar a relação carga/massa do elétron como no experimento original de Joseph John Thomson. O projeto contemplou o desenvolvimento de um aplicativo que permitiu realizar o acesso remoto de uma página específica na internet, a visualização e o controle do acionamento de três motores de passo acoplados a três potenciômetros de duas fontes de tensão: uma, que produz o potencial acelerador e o potencial de foco do feixe de elétrons, e outra que produz a corrente elétrica para gerar o campo magnético defletor desse feixe. Utilizando este aplicativo, o usuário pode ajustar diferentes valores de potencial acelerador e de corrente geradora do campo magnético para obter específicos raios da órbita eletrônica, permitindo, assim, o cálculo da razão carga/massa do elétron. As avaliações iniciais nas condições propostas pelo experimento remoto demonstraram a facilidade de uso, funcionalidade e confiabilidade das diversas tecnologias integradas no sistema. Foram realizados testes que permitiram identificar o limite máximo de requisições suportado pelo experimento em condições normais e extremas.
  8. 8. 8 Abstract This work presents the creation of a remote access laboratory, a WebLab, consisting of equipment and real systems that can be controlled remotely through the internet. In the proposal, the WebLab allowed the development of a control system of an experiment to determine the charge / mass ratio of the electron as in the original experiment of Joseph John Thomson. The project included the development of an application which allowed remote access to a specific page on the Internet, viewing and control of three stepper motors coupled to three pots of two voltage sources: one that produces the potential accelerator and potential to focus the electron beam and another that produces electric current to generate the magnetic field of this beam deflector. Using this application, the user can set different values of potential accelerator and current generating the magnetic field to obtain specific orbital electron beams, thus allowing the calculation of the ratio charge / mass of the electron. Initial assessments under the conditions proposed by the remote experiment demonstrated the ease of use, functionality and reliability of the various technologies integrated in the system. Tests were performed that allowed to identify the maximum requests supported by the experiment in normal and extreme conditions.
  9. 9. 9 Listas de Ilustrações Figura 1 - Proporção de indivíduos que acessaram a internet (UOL, 2013) .............14 Figura 2 - Experimento J. J. Thomson (CERN, 2013) .............................................20 Figura 3 - Aparato experimental utilizado por J. J. Thomson na medida da razão e/m do elétron.................................................................................................................20 Figura 4 - Ambiente RexLab (UFSC, 2013)..............................................................24 Figura 5 - Ambiente Automatic Control Telelab (ACT, 2013)....................................25 Figura 6 - Laboratório didático virtual de física (USP, 2013).....................................26 Figura 7 - Tubo de feixe estreito (PHYWE, 2013) ....................................................29 Figura 8 - Bobinas de Helmholtz (PHYWE, 2013) ....................................................29 Figura 9 - Voltímetro (PHYWE, 2013) ......................................................................30 Figura 10 - Cabos de conexão (PHYWE, 2013).......................................................30 Figura 11 - Fonte de alimentação 600 VDC (PHYWE, 2013) ..................................30 Figura 12 - Placa ARDUINO MODELO UNO (ARDUINO, 2013)..............................31 Figura 13 - Circuito Integrado para controle de potência dos motores .....................31 Figura 14 - DC – Fluxo de dados simplificado..........................................................33 Figura 15 - Diagrama do arquitetura do experimento NUTEC.................................33 Figura 16 – Modelo HDM (HDM Hypermedia Design Model, 2013) .........................36 Figura 17 – Diagrama de Navegabilidade ................................................................36 Figura 18 – Diagrama de pacotes ............................................................................37 Figura 19 – Caso de uso usuário - login...................................................................38 Figura 21 – Caso de uso manipulação do experimento............................................40 Figura 22- Diagrama Entidade Relacionamento.......................................................41 Figura 23 - Modelo Lógico da Base de Dados..........................................................42 Figura 24 - Modelo de Comunicação Assíncrona.....................................................45 Figura 25 - Interface inicial do portal WebLab ..........................................................46 Figura 26 - Interface de cadastros do portal Weblab................................................47 Figura 27 - Interface experimentos do portal WebLab..............................................47
  10. 10. 10 Figura 28 - Interface de experimentação do portal WebLab.....................................48 Figura 29 - Visão da versão móvel em dispositivos com SO Android.......................49 Figura 30 - Requisições para 100 usuários (solicitações são processadas por segundo)..................................................................................................................51 Figura 31 - Requisições para 200 usuários (solicitações são processadas por segundo)..................................................................................................................52 Figura 32 - Requisições para 400 usuários (solicitações são processadas por segundo)..................................................................................................................52 Figura 33 - medição do tempo de resposta do servidor web ....................................53 Figura 34 - medição do tempo de resposta do servidor web ....................................53 Figura 35 - Requisições para 100 usuários (tempo de latência)...............................54 Figura 36 - Requisições para 200 usuários (tempo de latência)...............................54 Figura 37 - Requisições para 400 usuários (tempo de latência)...............................55
  11. 11. 11 Lista de Abreviaturas APK - Android Package AVI - Audio Video Interleave AVM - ActionScript Virtual Machine CI – Circuito Integrado CMS - Content Management System CSS - Cascading Style Sheets Cross-channel – Canais Cruzados DC - Direct current HDM - Hypermedia Design Model HTML - HyperText Markup Language HTTP - Hypertext Transfer Protocol IDE - Integrated Development Environment JPEG - Joint Photographic Experts Group. LCD - Liquid crystal display PHP - Personal Home Page RIA - Aplicações ricas de internet SDK - Software Development Kit SGBD – Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados SQL - Linguagem de Consulta Estruturada TIC - Tecnologia da Informação e Comunicação.
  12. 12. 12 Sumário Capitulo 01: Aspectos Introdutórios.....................................................................14 1.1 Introdução...................................................................................................14 1.2. Justificativa .................................................................................................16 1.3. Objetivos ........................................................................................................17 Objetivo Geral ...................................................................................................17 Objetivos Específicos ........................................................................................17 Capitulo 02: Desenvolvimento ..............................................................................19 2.1. Referencial Teórico........................................................................................19 O Experimento para a Determinação da Relação Carga/Massa do Elétron.......19 Experimento de Thomson Aplicado ao WEBLAB ..............................................20 Laboratório de Experimentação Remota (REXLAB) ..........................................23 Automatic Control TELELAB(ACT)....................................................................24 Laboratório Didático Virtual de Física ................................................................25 2.2. Metodologia ...................................................................................................26 Software e Arquitetura Computacional de Desenvolvimento .............................26 Hardware Utilizado para Montagem da Plataforma............................................29 Desenvolvimento do Aplicativo WEBLAB ..........................................................32 Levantamento de requisitos...............................................................................38 Modelagem da base de dados...........................................................................41 Transmissão das imagens.................................................................................43 Comunicação serial via PHP .............................................................................44
  13. 13. 13 Comunicação assíncrona ..................................................................................45 2.3. Resultados Parciais .......................................................................................45 2.4. Testes Experimentais ....................................................................................49 Capitulo 03: CONCLUSÃO e trabalhos futuros....................................................56 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................58 Anexo 01: Recursos necessários.............................................................................61 Anexo 02: CODIFICAÇÃO SQL ...............................................................................63 Anexo 03: MANUAL DE MONTAGEM DO KIT DIDÁTICO.......................................66
  14. 14. 14 CAPITULO 01: ASPECTOS INTRODUTÓRIOS 1.1 Introdução Existem atualmente inúmeras discussões a respeito da utilização da tecnologia para estimular e complementar a educação. Segundo os pesquisadores Araújo e Abib (2003), os estudantes adquirem benefícios significativos no aprendizado quando utilizam mídias audiovisuais ou computadores. Observou-se que a internet vem sendo muito utilizada no meio educacional e através da sua popularização, foi possível perceber uma nova estratégia para transmissão do conhecimento. Figura 1 - Proporção de indivíduos que acessaram a internet (UOL, 2013) A Figura 1 demonstra que pela primeira vez no Brasil, o número de brasileiros que já acessaram a internet superou a quantidade de pessoas que nunca navegaram na rede, 49% dos entrevistados com idade superior a 10 anos disseram ter navegado na rede nos últimos três meses. A porcentagem de pessoas que nunca acessaram a web foi de 45%, o que estimula cada vez mais o desenvolvimento de novas técnicas educacionais que utilizem ferramentas para web. Segundo o Jornal Estadão (2012), o Brasil atualmente é o terceiro pais onde mais se vendem computadores, sendo um motivo adicional para se investir em laboratórios remotos na educação. Além da popularização da internet, foi possível
  15. 15. 15 acompanhar em épocas recentes a consolidação de microcomputadores com distintas finalidades, envolvendo desde simples tarefas até complexos controles de processos industriais. Esta consolidação deve-se, em parte, à utilização das redes de computadores e de novas tecnologias que surgem diariamente na tentativa de automatizar processos simples ou complexos, não somente na educação, mas também em outras áreas de estudo como engenharia e computação. A utilização da Internet, dos computadores e dos dispositivos móveis, voltados para a educação é a base de uma nova metodologia de transmissão do conhecimento: a educação online. Moran (2002) define a Educação a Distância - EAD como um processo de ensino-aprendizagem mediado por tecnologias, onde professores e alunos estão separados espacial e/ou temporalmente. Recentemente, diversas empresas e instituições de ensino estão adotando a educação online como a principal metodologia para treinar funcionários e educar alunos, respectivamente. Para estas empresas e instituições, existem alguns benefícios tanto para instrutores quanto para aprendizes. Para aprendizes não existem barreiras de tempo, espaço e distância na educação online. Estudantes podem utilizar a internet para acessar materiais de aprendizado atualizados e relevantes e podem se comunicar com especialistas em determinada área. Além disso, os estudantes podem completar cursos online enquanto estão trabalhando em empresas ou em suas próprias casas. Os treinamentos que possuem algum tipo de risco têm seus riscos minimizados ou anulados através da experimentação remota, já que o aluno não está presente no local e sim apenas interagindo com o meio em tempo real. Para os instrutores é também uma vantagem, já que o ensino pode ser realizado em qualquer hora e em qualquer lugar onde se tenha acesso a internet. As matérias e conteúdo de cada aula podem ser atualizadas online e acessadas imediatamente pelos alunos. Os laboratórios remotos podem também ser utilizados para determinar as necessidades e o atual estado de conhecimento dos estudantes, e para verificar apropriadamente os materiais que os estudantes devem selecionar para atingir o resultado desejado. Assim, diante das necessidades e aplicabilidades detectadas, este projeto apresenta uma alternativa para utilização de um laboratório remoto para ensino da física, o WebLab.
  16. 16. 16 1.2. Justificativa A crescente evolução da tecnologia da informação e o surgimento de novas ferramentas computacionais propiciaram consideráveis avanços no ensino e pesquisa. Os laboratórios de acesso remoto, os WebLabs, são exemplos claros da potencialidade de utilização da computação na educação. Tais laboratórios possibilitam realizar experimentos práticos por meio do acesso visual e físico e montagens experimentais reais pela internet, permitindo seu controle e aquisição de dados em tempo real. Apresentam, ainda, um grande diferencial, pois propiciam a realização autônoma de experimentos reais a qualquer momento e de qualquer lugar, estimulando a aprendizagem por descoberta que, segundo Ausubel (1980), constitui uma das dimensões mais elevadas de aprendizagem. Os laboratórios remotos representam uma grande evolução no conceito de inclusão digital, pois podem permitir que estudantes e pesquisadores, independente do seu nível econômico, possam acessar equipamentos com maior nível de complexidade e relativamente caros, instalados em laboratórios de diversas instituições de ensino. Adicionalmente, os WebLabs podem oferecer aos estudantes treinamento em equipamentos similares aos encontrados no mercado de trabalho. A concepção do WebLab foi atender estudantes e professores de física e física experimental para os cursos de ciência da computação e química, funcionando como uma ferramenta auxiliar adicional para professores e alunos. Neste laboratório será permitido que os estudantes interajam com os experimentos desenvolvidos, no caso o experimento de Thompson, permitindo assim que os alunos troquem informações através de chat, emitindo opiniões pertinentes sobre a utilização do laboratório, desenvolvendo conhecimento através de aprendizado colaborativo. Na educação online, a disponibilidade de tecnologia não deve ser o fator determinante, mas a disponibilidade de pessoal qualificado para atuar ativamente neste ambiente, o desenvolvimento de mecanismos que proporcionem a participação de alunos de modo colaborativo (ferramentas multimídia, objetos de aprendizado), a análise de aspectos referentes ao desenvolvimento do web site (design visual, design instrucional), entre outros aspectos, também devem ser analisados e considerados. Estes aspectos são importantes, principalmente em
  17. 17. 17 experimentação remota, pois devem proporcionar ao aluno a sensação de ambiente real com prioridade aos elementos gráficos. Adicionalmente, aplicativos móveis e de acesso remoto poderiam facilitar o acesso ao conteúdo, auxiliando de forma positiva na busca pelo aprendizado e possibilitando aos usuários realizar a experimentação em um ambiente auxiliar. 1.3. Objetivos Objetivo Geral Desenvolver e apresentar os processos e etapas de implementação do WebLab Nutec - Núcleo de Pesquisa em Tecnologias Cognitivas, que é um projeto atualmente em desenvolvimento e com testes experimentais realizados no Laboratório de Física da Universidade Federal de Uberlândia. O mesmo irá funcionar como uma plataforma online para ensino e aprendizagem da disciplina de física experimental. Objetivos Específicos  Investigar sobre a utilização de um sistema operacional compatível ao experimento em questão que opere em tempo real. Compreende-se que para o desenvolvimento de um laboratório de experimentação remota a tecnologia não deve ser o fator determinante, entretanto experimentos de sistemas de controle possuem uma restrição tecnológica, pois necessitam atuar em limites de tempo específicos, ou seja, em tempo real;  Documentar o software através de diagramas para WEB e DER;  Criar o banco de dados relacional segundo os padrões SQL;  Desenvolver o software utilizando as ferramentas e paradigmas de desenvolvimento definidos;  Criar uma forma dinâmica para proporcionar o aprendizado online, através da utilização de aplicações, como chat, tutoriais, manuais e exercícios online;
  18. 18. 18  Desenvolver a modelagem do laboratório, documentando graficamente todos os processos de desenvolvimento e implantação: manuais de montagem e implantação;  Desenvolver, modelar e montar o hardware “kit didático” acoplado a placa ARDUINO;  Realizar testes de desempenho ligados aos padrões de engenharia de software para a web;  Criar material audiovisual e manual para auxiliar a utilização do sistema.
  19. 19. 19 CAPITULO 02: DESENVOLVIMENTO 2.1. Referencial Teórico O Experimento para a Determinação da Relação Carga/Massa do Elétron Utilizando uma ampola de Crookes, isto é, tubos de vidro fechados com um eletrodo positivo e outro negativo, contendo gases a pressões extremamente baixas, o cientista inglês Joseph John Thomson (1856-1940) fez uma descoberta imprescindível para a evolução do modelo atômico: concluiu que as cargas negativas estariam presentes em toda e qualquer matéria. Deste modo, provou-se o contrário do que Dalton havia afirmado; que o átomo não era indivisível, pois possuía uma partícula subatômica negativa, que ficou denominada como elétron. As etapas do experimento ocorreram submetendo gases a pressões extremamente baixas à voltagens elevadíssimas, sendo possível observar o aparecimento de emissões de raios que foram denominados por raios catódicos. Seguidamente, foi colocado um campo elétrico externo e, por fim verificou-se que o feixe de raios catódicos era desviado, sempre indo em direção da placa carregada com cargas positivas. Portanto estas emissões possuíam cargas negativas. Demais testes foram realizados, possibilitando a observação de um ponto importante que não havia implicação com o gás utilizado, onde sempre ocorreria o mesmo comportamento, levando às conclusões obtidas. A Figura 2 demonstra o tubo de vidro fechado utilizado no experimento de J. J. Thomson.
  20. 20. 20 Figura 2 - Experimento J. J. Thomson (CERN, 2013) Experimento de Thomson Aplicado ao WEBLAB A razão carga/massa foi medida experimentalmente pela primeira vez no final do século XIX pelo físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940) no Cavendish Laboratory, em Cambrigde, Inglaterra. Esta experiência confirmou pela primeira vez a existência do elétron como partícula elementar de carga negativa e possuindo massa bem definida. O aparato experimental utilizado por Thomson é esquematizado na figura 03. Figura 3 - Aparato experimental utilizado por J. J. Thomson na medida da razão e/m do elétron
  21. 21. 21 Um tubo de vácuo possui um cátodo C o qual emite elétrons. Os ânodos A e A’ fazem com que o feixe seja colimado em direção a uma tela fluorescente S. No meio do caminho, o feixe atravessa uma região onde existem duas placas P e P’ submetidas a uma diferença de potencial, que dá origem a um campo elétrico . Por consequência, o campo elétrico relativamente uniforme atuando sobre o feixe de elétrons faz com que ele sofra uma deflexão. Juntamente com as placas, existe um par de espiras que criam um campo magnético perpendicularmente à direção do campo elétrico, conforme representado na figura 03. Tal campo é orientado de modo a produzir uma deflexão no feixe de elétrons contrária à produzida pelo campo elétrico. Os dois campos podem ser ajustados de tal modo que a força resultante elétrica atuando sobre o feixe seja nula, e o feixe passe pelas placas P e P’ sem sofrer deflexão. Nesta condição, , de forma que: (1) A energia cinética que o elétron adquire ser acelarado pelos anodos é igual a , onde é a diferença de potencial aplicada entre ânodo e filamento e é a carga do elétron. Portanto, (2) Combinando as equações (1) e (2), resulta que: (3) Podemos ver que a razão e/m pode ser obtida indiretamente através da medida das outras três grandezas controladas experimentalmente. Thomson verificou que esta razão independia do material do qual o cátodo
  22. 22. 22 era constituído ou do tipo de gás residual que existia dentro do tubo, mostrando assim que a razão e/m era universal. Outro método para a medida da razão e/m do elétron foi empregado pelo físico alemão Philipp Eduard Anton von Lenard (1862-1947), em 1902. Neste caso, um feixe de elétrons é acelerado por um potencial e sofre a ação apenas de um campo magnético . O movimento resultante do feixe é um movimento circular de raio . Este pode ser calculado, pois a força magnética é igual à força centrípeta: (4) Mas como a energia cinética adquirida é igual ao trabalho do potencial acelerador, , tem-se que: (5) Esta expressão não envolve a medida do campo elétrico E (equação 3); necessita-se apenas do conhecimento do potencial acelerador , do raio da trajetória do feixe eletrônico e do campo magnético defletor . Esta última grandeza é uma função do valor da corrente elétrica que percorre as espiras. Considerando um arranjo simétrico de duas espiras idênticas de raios , separadas por uma distância e percorridas por uma mesma corrente elétrica de intensidade , a intensidade do campo magnético , ao longo de um eixo passando pelo centro de simetria das espiras, é dada por (equação 6). (6) onde z é a distância do centro de uma das espiras a um ponto genérico sobre o eixo z. O aparato experimental que utilizamos (Figura 03) consiste em um tubo grande, no qual o filamento e a geometria de aceleração se encontram em um dos lados; o feixe de elétrons é emitido verticalmente para baixo e as bobinas utilizadas são as bobinas de Helmholtz, com espiras ( ) cada uma e para as quais
  23. 23. 23 . O sistema é ajustado tal que o plano de percurso do feixe se encontre aproximadamente no centro de toda a geometria (z = 0). Assim, a equação (6) reduz-se a: (7) A visualização da trajetória do feixe é realizada através da ionização de um gás inerte e rarefeito que existe dentro do tubo. Atrás do bulbo existe uma régua espelhada, com marcações distanciadas de 2,0 cm, que servirão para as medidas dos raios das trajetórias do feixe. O desenvolvimento de laboratórios remotos não somente o de Thomson, mas de todos em geral voltados para educação são de extrema importância, pois segundo Costa, citado por Schuhmacher (2004), o computador desempenha "um papel importante na aprendizagem da Física, quando empregado criteriosamente, se transforma numa ferramenta auxiliar de valor inestimável para o aprendizado e numa fonte de estímulo à criatividade inesgotável". Existem atualmente muitos laboratórios remotos, com objetivos distintos para as diversas áreas de estudo. Acredita-se, porém, que laboratórios remotos utilizados para educação online devem possuir alguns requisitos adicionais, devendo proporcionar ao usuário um ambiente onde estes possam compartilhar conhecimento, discutir e comparar resultados; enviar seus próprios experimentos para análise e discussão; emitir opiniões; enfim, participar do processo de desenvolvimento e atualização do laboratório, até mesmo com a descoberta de falhas. Os laboratórios remotos virtuais utilizados em aulas práticas possuem forma didática recente, utilizada em diversas universidades distribuídas pelo mundo. Inúmeras publicações relatam sobre tais experimentos, podendo citar: WebLab-Deusto for Programmable Logic proposta pela University of Deusto, Bilbao (ESPANHA). Laboratório de Experimentação Remota (REXLAB) RexLab é um laboratório de ensino a diversas áreas da engenharia e física,
  24. 24. 24 desenvolvido por pesquisadores da Universidade Federal de Santa Catarina, com experimentos de propagação de calor e energia acessados via web. O mesmo encontra-se ilustrado na figura 04, sendo composto por um servidor central e outros dedicados para cada experimento fazendo a intermediação dos mesmos. Nas páginas dos experimentos existem informações sobre o mesmo, facilitando aos usuários a compreensão do experimento em prática (UFSC, 2013). Neste laboratório foram observados alguns aspectos positivos como: a distribuição coerente das informações sobre cada experimento e a possibilidade de manipulá-los através do mundo virtual. Destacam-se como aspectos negativos a interface, por não apresentarem os ambientes reais, que simulem a realidade do experimento, a ausência de controles de acesso, ou seja, se dois ou mais usuários acessarem o sistema, o mesmo não responderá de forma satisfatória. Figura 4 - Ambiente RexLab (UFSC, 2013) Automatic Control TELELAB(ACT) O Automatic Control Telelab (ACT, 2013) foi desenvolvido por pesquisadores na Universidade de Siena, na Itália, sendo proposto como laboratório remoto para ensino de física e matemática através de um ambiente virtual para realizar experimentos físicos através de uma interface ou enviando parâmetros para os
  25. 25. 25 mesmos. O sistema, que encontra-se ilustrado na figura 05, conta também em alguns experimentos com a possibilidade de competição e páginas de avaliação do sistema. Dentre as vantagens analisadas no site, destaca-se o grande número de experimentos, ilustrando diferentes conteúdos. Porém, como aspecto negativo, pode-se observar que a realização dos experimentos são altamente complexos, com ausência de interface, sendo necessário códigos com linhas de comandos especificas para manipulá-los, o que pode desestimular usuários comuns que não sejam dos cursos específicos. Figura 5 - Ambiente Automatic Control Telelab (ACT, 2013) Laboratório Didático Virtual de Física O laboratório virtual de física foi desenvolvido pela Universidade de São Paulo com o objetivo de fornecer simulações online para alunos do ensino médio e superior. O sistema, ilustrado na figura 06, conta com diversas simulações e com material didático bastante rico, com animações e histórias para interpretação dos experimentos. Dentre os experimentos disponíveis estão principalmente simulações de dinâmica e atrito, estes experimentos são realizados de maneira virtual tendo somente interação via software sem a necessidade de hardware (USP, 2013). Este laboratório conta com grandes quantidades de experimentos sendo seu principal aspecto positivo, além de diversas simulações, observando-se a baixa frequência de exemplos com experimentações remotas.
  26. 26. 26 Figura 6 - Laboratório didático virtual de física (USP, 2013) 2.2. Metodologia O processo de desenvolvimento do Laboratório de Experimentação Remota em Tempo Real (Weblab) consistiu na definição de sua concepção, de tecnologias para modelagem do laboratório, que viabilizassem uma aplicação web que realizasse a interação de forma assíncrona com o hardware desenvolvido e o projeto do circuito da placa ARDUINO. Software e Arquitetura Computacional de Desenvolvimento Para definir a arquitetura utilizada no WebLab, constatou-se que distintas tecnologias atenderiam os requisitos de um laboratório de experimentação remota, dentre elas a utilização de linguagens de programação que permitem a comunicação assíncrona. Observou-se que estas deveriam proporcionar aos usuários da experimentação remota o ambiente mais real possível com a utilização de ferramentas e até mesmo de imagens conjuntamente. Assim as linguagens e tecnologias utilizadas para desenvolvimento do WebLab foram as seguintes:  Adobe Flash: software para geração de gráfico vetorial, utilizado para criação das animações dos botões presentes no experimento. De extrema
  27. 27. 27 importância, pois sem o mesmo não seria possível desenvolver os botões o mais próximo do real (FLATSCHART, 2013).  Action Script: é uma linguagem de script orientada a objetos baseada em ECMAScript, utilizada principalmente para construção de aplicações RIA (do inglês RIA: Rich Internet Applications (Aplicações Ricas de Internet)). É executada em uma máquina virtual (AVM - "ActionScript Virtual Machine"), atualmente na versão 3 que está disponível no Adobe Flash Player (plug-in encontrado em navegadores web) e também no ambiente Adobe AIR (CAUSO, 2009).  JavaScript: linguagem de programação utilizada para realizar a comunicação de forma assíncrona e alterando o conteúdo do documento exibido para o usuário, de tal maneira que o usuário possa interagir com o experimento sem interferir em sua observação em tempo real. A mesma foi aproveitada também para a otimização da transmissão das imagens em tempo real já que em tentativas anteriores em formato .AVI obtivemos tempo de resposta bem inferiores ao comparado com o script de transmissão de imagens desenvolvido em JavaScript (FLANAGAN, 2012).  PHP (Hypertext Preprocessor", originalmente Personal Home Page): é uma linguagem interpretada livre, usada para o desenvolvimento de conteúdo dinâmico da página da experimentação. Extremamente importante no desenvolvimento do WebLab pois ela é responsável por realizar as comunicações diretas com a porta serial para que estas cheguem ao Arduino para serem interpretadas e executadas de acordo com a função definida (PHP, 2013).  HTML: uma linguagem de marcação para web desenvolvida em conjunto com o CSS, que são folhas de estilo para desenvolver as páginas do experimento. Esta é responsável por toda parte visual da página composta pelos elementos de efeitos visuais. A mesma foi desenvolvida juntamente com as folhas de estilo com o objetivo de facilitar possíveis manutenções (HAROLD, 2010).
  28. 28. 28  APACHE: servidor responsável por fornecer aos usuários os conteúdos desenvolvidos através da internet, sendo o mais bem sucedido servidor disponível, além de ser livre (APACHE, 2013).  SQL: Structured Query Language, ou Linguagem de Consulta Estruturada ou SQL, é a linguagem de pesquisa declarativa padrão para banco de dados relacional (base de dados relacional). Muitas das características originais do SQL foram inspiradas na álgebra relacional. (FABRÍCIO, 2009).  IDE Eclipse: destaca-se que todas as ferramentas utilizadas, com exceção do Flash, podem ser desenvolvidas em qualquer plataforma de desenvolvimento ou mesmo em um simples processador de texto. Porém, utilizou-se a IDE do eclipse, que é uma IDE de desenvolvimento com suporte a diversas linguagens e plug-ins, oferecida de forma livre para desenvolvedores (ECLIPSE, 2013).  jQuery Mobile: Trata-se de um Framework livre que permite desenvolver aplicações web compatíveis com a maioria dos dispositivos existentes hoje no mercado como tablet, celulares e smartphones (SILVA, 2011).  Android SDK: Kit de desenvolvimento para Android, sistema operacional Opensource do Google direcionado aos dispositivos móveis. Do qual é possível desenvolver aplicativos, testar o comportamento e depurar através de um emulador ou em outras ferramentas do pacote (Android SDK, 213).  Joomla: utilizado para desenvolvimento do portal. Esta plataforma de gerenciamento de conteúdo é atualmente muito utilizada por empresas e instituições governamentais pelo fato de se tratar de uma ferramenta OpenSource, que apresenta benefícios como: instalação simplificada, fácil manutenção, segurança e estabilidade (Joomla Documentation, 2013).  JMeter: Ferramenta utilizada para testes de carga automatizados, em serviços oferecidos por sistemas computacionais (Jmeter, 2013).
  29. 29. 29  Plugin PerfMonMetrics: desenvolvido para o JMeter, realiza análises, testes de estresse e testes graduais, com gráficos gerados para demonstrar os detalhes visuais dos resultados (PerfMon, 2013). Hardware Utilizado para Montagem da Plataforma O hardware do experimento é composto por diversos componentes que integram a montagem da plataforma, destacando-se como principais:  Tubo de feixe estreito: Tubo de vidro contendo qualquer substância gasosa, geralmente gás hélio. Figura 7 - Tubo de feixe estreito (PHYWE, 2013)  Par de bobinas de Helmholtz: São utilizadas para a produção de um campo magnético homogêneo. Figura 8 - Bobinas de Helmholtz (PHYWE, 2013)  Voltímetro: É um aparelho que realiza medições de tensão elétrica em um circuito. Ele exibe essas medições, geralmente, por meio de um ponteiro móvel ou um mostrador digital, de cristal líquido (LCD), por exemplo. A
  30. 30. 30 unidade apresentada geralmente é o volt. Figura 9 - Voltímetro (PHYWE, 2013)  Cabos de Conexão: Cabos de conexão para transmissão da corrente elétrica. Figura 10 - Cabos de conexão (PHYWE, 2013)  Fonte de alimentação: As fontes são responsáveis por aquecerem o filamento através das descargas elétricas por ela emitidas. Figura 11 - Fonte de alimentação 600 VDC (PHYWE, 2013)  Placa ARDUINO: plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre, projetada com um micro controlador de placa única, com suporte de
  31. 31. 31 entrada/saída embutido, programada em linguagem semelhante à sintaxe da linguagem C. A mesma é responsável por receber os dados enviados através da interface web e interpretá-los de acordo com a programação, para depois atuarem sobre os motores que manipulam o experimento. Figura 12 - Placa ARDUINO MODELO UNO (ARDUINO, 2013)  Micro computador: será usado para exercer a função de servidor com as seguintes especificações de hardware (Placa mãe GIGABYTE, Processador Intel Core I3, HD SATA 500 GB). Figura 13 - Circuito Integrado para controle de potência dos motores
  32. 32. 32  Motores de passo: foram utilizados para o acionamento dos experimentos interligados por uma placa de circuito impresso, desenvolvida para controlar a potência dos motores e enviá-la aos motores. A figura 13 ilustra a esquematização da placa do circuito.  Circuito impresso de potência: uma placa de circuito impresso desenvolvida com UNL2003. Um circuito integrado que é capaz de fornecer cerca de 30 volts em suas saídas (07 no total), na nossa aplicação usamos 4 para ter proveito total das 12 saídas do Arduino, possibilitando o controle correto de potência dos motores utilizados. O hardware desenvolvido até o momento permite que os sinais lógicos de comando escritos na porta serial sejam enviados à placa Freeduino-BR e convertidos em impulsos elétricos que atuam sobre os potenciômetros da fonte de alimentação principal, ajustando as tensões aplicadas ao dispositivo experimental. O circuito eletrônico necessário e o acoplamento mecânico entre os motores de passo utilizados para gerar os sinais de posição enviados ao kit didático foram desenvolvidos no laboratório. Este hardware é apresentado na Figura 13, correspondente ao circuito eletrônico e ao acoplamento mecânico dos eixos de atuação respectivamente. Por questão de robustez da aplicação, foi utilizada a comunicação serial entre os dispositivos considerados neste trabalho, haja vista tratar-se de um padrão utilizado na quase totalidade das aplicações similares. Desenvolvimento do Aplicativo WEBLAB Para o desenvolvimento do WebLab, consta-se como primeira etapa a realização de entrevistas com os usuários e integrantes do projeto do Laboratório de Física da Universidade Federal de Uberlândia. Esta etapa teve como objetivo levantar os requisitos funcionais e não funcionais do sistema: cadastrar professores, simular o experimento o mais real possível, transmitir o vídeo (imagem), permitir manipular até 03 motores de passo a cada vez, criação de Chat para dúvidas entre alunos, professores e orientadores durante o experimento, controlar o acesso ao
  33. 33. 33 experimento individualmente sobre o mesmo IP (Internet Protocol) e manter cada usuário por um tempo fixo e determinado. Figura 14 - DC – Fluxo de dados simplificado Neste diagrama (figura 14) temos o agente externo usuário solicitando login no sistema de experimentação remota, que é protegido por usuário e senha, onde o mesmo realiza uma consulta na base dados. Figura 15 - Diagrama da arquitetura do experimento NUTEC A figura 15 demonstra um diagrama com a finalidade de apresentar toda a estrutura do laboratório de experimentação remota em física experimental. Do lado cliente temos usuários que podem ser desktop, computadores
  34. 34. 34 portáteis ou dispositivos móveis, todos com suporte a JAVA ou FLASH do qual são enviadas variáveis através de uma interface interativa com o usuário; esta variável é transferida para a rede passando por um firewall e então é encaminhada através de rotinas de rede para o servidor web, disposto de três bases de dados para cadastro de usuários, usuários online e um chat. O servidor também é responsável pela comunicação entre o sistema de captura das câmeras com o Arduino. Ao receber a variável abre-se a comunicação serial, escrevendo esta variável na porta e, seguidamente, fechando-a para evitar deadlock. O Arduino fica a espera de sinais na porta serial, para captura desta variável com seu tipo, além da interpretação em seu CI (circuito integrado), programado em C. A execução procede-se assim, com os procedimentos conforme a programação necessária para manipulação do experimento remoto. Para o desenvolvimento do portal foi escolhido o padrão de modelagem de aplicação do tipo HDM - Hypermedia Design Model (Modelo de Projeto de Hipermídia) para eventos de aprendizagem guiados por meios eletrônicos e ligados a domínios mal estruturados (domínios simples ou bem-estruturados podem seguir modelos mais convencionais). Esse modelo enfatiza a importância tanto dos objetivos do apreendedor (aquilo que ele quer aprender) quanto da tarefa de ajudá- lo a conseguir atingir os resultados. A figura 16 demostra detalhadamente o processo de modelagem HDM. Esta metodologia foi escolhida pelo fato de abranger todos os aspectos do portal desenvolvido, uma vez que foram trabalhados diversos conteúdos de Hipermídia no mesmo, além disso, ele enfatiza o aprender e como se conseguir o mesmo, cujo principal objetivo é ensinar experimentação remota e quais os caminhos para que o mesmo seja almejado. Os elementos do modelo são:  Definição do domínio de aprendizagem lembrando que amplitude maior leva a menor aprofundamento e que os limites devem ser claros pois cada domínio utiliza conhecimentos de outros domínios;  Identificação dos elementos de conhecimento e procedimento envolvidos e escolha de sua forma de representação (textos, gráficos, vídeos, sons etc.),
  35. 35. 35 evitando excesso de simplificação e cuidando para que as ideias sejam representativas e apresentadas segundo múltiplas perspectivas; Criação e condições para o estabelecimento de duas vias paralelas  Aquela orientada pelo processo, na qual são definidos percursos a serem sugeridos ao apreendedor e aquela controlada pelo apreendedor no qual este vai buscar seus próprios percurso em função de seus objetivos pessoais;  Escolha dos elementos de conhecimento e procedimento essenciais à aprendizagem (temas centrais) e que devem ser ressaltados como tais aos apreendedores;  Definição de percursos múltiplos que liguem os elementos considerados essenciais; esses percursos devem colocar o apreendedor em contato com diferentes perspectivas/contextos;  Criação de um ambiente de aprendizagem que ofereça ao apreendedor ferramentas para a construção de seus próprios percursos segundo seus objetivos pessoais; Estímulo ao apreendedor (perguntas, ferramentas etc.) para que ele se engaje em séria reflexão sobre seus objetivos, sobre o grau em foram atingidos e sobre os próximos passos a serem dados.
  36. 36. 36 Figura 16 – Modelo HDM (HDM Hypermedia Design Model, 2013) Figura 17 – Diagrama de Navegabilidade
  37. 37. 37 A figura 17 apresenta o diagrama de navegabilidade do tipo Cross- channel (canais cruzados) considerando uma estrutura de informações composta por elementos dispersos de maneira estruturada (criação, publicação, ação, relacionamento, recriação). O conjunto dos elementos individuais, cada um contribuindo à sua maneira, compõe uma experiência integrada, entre canais.O principal objetivo e apresentar as etapas pelas quais é possível interagir com o sistema através da interface web. No nível superior temos as páginas principais com o objetivo de direcionar os usuários para as demais páginas apresentadas no nível mais inferior. Pode-se observar que o mesmo fornece ao usuário uma boa navegabilidade o tipo Cross-Channel apresenta como aspectos positivos, o fato que um único canal pode ou não prover uma porta de entrada ao ambiente, e a maioria dos usuários não percorre todos os seus pontos de contato do início ao fim. Além disso, alguns canais permitem que os usuários completem a sua experiência sem precisar de outros. Figura 18 – Diagrama de pacotes A figura 18 demostra o diagrama de pacotes, especificadamente apresentando as principais partes do sistema desenvolvido, bem como o funcionamento do processo da experimentação remota, onde os usuários através da
  38. 38. 38 interface web se comunicam com o hardware, manipulando o experimento. Levantamento de requisitos Para início da elaboração do projeto, foram realizadas entrevistas com a finalidade de especificar os requisitos funcionais e não funcionais do sistema. Requisitos funcionais  Cadastrar professores  Cadastro de alunos  Simular o experimento mais real possível  Transmissão de vídeo (imagem) o mais rápido possível  Permitir manipular até 3 motores de passo um de cada vez Requisitos não funcionais  Chat para Alunos tirarem dúvidas com  Controle do experimento 1 por vez  Manter cada usuário por apenas 5 min no experimento Caso de uso usuário-login Figura 19 – Caso de uso usuário - login
  39. 39. 39 Este caso de uso tem como objetivo demostrar como ocorre a acesso ao experimento do qual um usuário ou administrador generalizado usuário deve efetivar um cadastro para então, efetuar login no sistema e acessar o experimento. 1- Caso de uso: Usuário - login Descrição: Este caso de uso tem como objetivo apresentar os processos de cadastro e login para que se tenha acesso ao experimento proposto. Ator: Usuário Pré-condição: nenhuma Cenário Principal: 1. O usuário seleciona se cadastrar no experimento 1.1O sistema solicita os seguintes dados 1.1.1 Nome completo 1.1.2 Sexo 1.1.3 Data de nascimento 1.1.4 Cidade 1.1.5 Estado 1.1.6 Escola / Universidade 1.1.7 Nível de ensino 1.1.8 E-mail 1.1.9 Senha 2. Caso o usuário tenha preenchido todos os campos corretamente 2.1O sistema valida estes dados 2.1.1 O sistema grava os dados na base de dados 3. O sistema direciona o usuário para a tela de login Cenários Alternativos: Caso o usuário não tenha informado todos os campos obrigatórios, o sistema não permite a gravação e volta para o cadastro.
  40. 40. 40 Caso de uso manipulação do experimento Figura 20 – Caso de uso manipulação do experimento O diagrama de caso de uso demostra quais são as funcionalidades disponíveis para o usuário Administrador, com as funcionalidades disponíveis para o mesmo, permitido a sua atuação sobre o experimento. Sua importância é representar uma visão geral das reais funcionalidades do sistema em operação. 2- Caso de uso: Manipulação do experimento Descrição: Este caso de uso tem como objetivo apresentar os processos de cadastro e login para que se tenha acesso ao experimento proposto. Ator: Usuário Pré-condição: Caso de uso usuário - login
  41. 41. 41 Cenário Principal: 1. O usuário liga o experimento 2. O usuário manipula o experimento 2.1Seleciona webcam 2.2Manipula 2.3O usuário seleciona ajuda 2.3.1 O sistema direciona o usuário para o tutorial 2.4O usuário seleciona sair 2.4.1 O sistema direciona o usuário para tela de login Cenários Alternativos: 1. O usuário não ligou o experimento, suas manipulações não surgirão efeito no experimento e ele será alertado sobre o fim da seção ativa. Modelagem da base de dados O DER, Diagrama de Entidade e Relacionamentos, ilustrado na figura 16, descreve o modelo de dados do sistema WEBLAB, com alto nível de abstração. Figura 21- Diagrama Entidade Relacionamento
  42. 42. 42 O mesmo é a principal representação gráfica usada para representar o modelo conceitual. O diagrama nos demonstra uma entidade pessoa que possui dados de usuário e endereço, este que cadastra uma entidade que possui também um único endereço, sendo de cardinalidade um para um. O DER foi desenvolvido utilizando-se os conceitos de modelagem de dados para contribuir para uma visão mais próxima do sistema. A modelagem proporcionou uma melhor interação do sistema, uma vez que certos campos alimentados por outros cadastros poderiam ser reaproveitados. A figura 22 demonstra o modelo lógico que mostra as ligações entre as tabelas de banco de dados, as chaves primárias e os componentes de cada entidade para melhor interpretação da lógica do sistema. Figura 22 - Modelo Lógico da Base de Dados
  43. 43. 43 Com a plataforma CMS (Content Management System) instalada e configurada, criou-se primeiramente o layout em css e html para as páginas. Seguidamente, foram desenvolvidas as páginas necessárias para a experimentação remota. Após este processo, as páginas foram elaboradas dentro da plataforma possibilitando a edição através de um painel de administração. O mesmo utiliza uma base de dados na linguagem SQL (Linguagem de Consulta Estruturada, do inglês Structured Query Language), sendo gerenciado pelo SGBD (Sistema Gerenciador de Banco de Dados) MySql.5.6. Transmissão das imagens A realização de transmissão das imagens foi testada de duas maneiras: 1. Via stream (fluxo de dados em um sistema computacional), ou seja, as imagens são captadas e enviadas ao servidor que armazena as mesmas, permitindo acesso através de um código incorporado à página inicial do experimento. Porém, observou-se que a troca de informações com outro servidor stream externo gerava certo delay (atraso) das imagens processadas durante a experimentação. No stream, o formato de dados enviados para o servidor era .avi (Automatic Vehicle Identification) o que dificultava ainda mais o aceleramento dessa transmissão, sendo necessário um grande aparato de conexões para suportar o stream. 2. A medida desenvolvida para minimizar o delay foi utilizar a webcam para armazenar fotos de extensão .jpeg (Joint Photographic Experts Group) simultaneamente e através de código buscar essas imagens de forma randômica, cronologicamente, ou seja, as imagens são gravadas com um identificador e através de código JavaScript, acessa as imagens dinamicamente, simulando uma animação, com efeito imperceptível de vídeo. O código abaixo, representa os detalhes de implementação na solução encontrada para minimizar o delay.
  44. 44. 44 A função LoadImage1, atualiza o identificador da imagem (uniq1) a cada 4 milisegundos, uma vez que o carregamento da imagem é menor do que a transmissão do vídeo, sendo possível também determinar a qualidade das imagens para melhorar ainda mais o desempenho da transmissão. Anteriormente, utilizando a aplicação de stream tínhamos um delay (atraso) de aproximadamente 15 a 20 segundos. Com a técnica de imagens aplicada acima, este delay foi reduzido para 0,3 segundos, aproximadamente. Como não há necessidade de gravar estas imagens, elas são apagadas ao fim da conexão. Comunicação serial via PHP Os sinais enviados para a porta serial são transmitidos através de páginas desenvolvidas em php (Hypertext Preprocessor), onde o usuário acessa o site e envia as informações através da interface que será apresentada nos tópicos a seguir. O arquivo “movo.php” apresentado abaixo, descreve parte desta implementação, onde a página recebe um parâmetro que executa a função que abre a comunicação com a porta serial com permissão de escrita. O mesmo escreve na porta e seguidamente fecha a conexão com a porta serial, impedindo o processamento de outra função do experimento.
  45. 45. 45 Comunicação assíncrona No desenvolvimento do WebLAB utilizou-se a comunicação assíncrona, para acompanhamento da transmissão das imagens em tempo real. Como não poderia haver atualização do conteúdo exibido, criou-se um objeto de comunicação na página, responsável por enviar e processar os dados com a comunicação serial. A figura 23, ilustra os procedimentos da implementação. Figura 23 - Modelo de Comunicação Assíncrona 2.3. Resultados Parciais O aplicativo desenvolvido neste trabalho permite que o usuário visualize o experimento, colete eletronicamente os dados experimentais e atue sobre o kit
  46. 46. 46 didático usado a partir de um computador remoto com acesso à web. O principal desafio encontrado foi a transmissão dos dados em tempo real, que é um fator estratégico para o sucesso da utilização do sistema pelos alunos. O microcomputador utilizado remotamente pelo aluno estabelece a comunicação com o hardware do kit didático de forma direta e assíncrona por meio da manipulação dos ícones configurados na tela do aplicativo, os quais representam o ambiente de experimentação real. A figura 24 ilustra a página principal do projeto. Figura 24 - Interface inicial do portal WebLab O sistema foi totalmente desenvolvido em ambiente web possibilitando o acesso de qualquer local, onde os usuários podem realizar o cadastro conforme suas necessidades especificas, que impactam na liberação ou bloqueio de funcionalidades da experimentação. Como exemplo, destacam-se os usuários professores, alunos e visitantes.. Além das páginas iniciais, foram desenvolvidas páginas para os conteúdos sobre equipe e publicações. Destacam-se a página dos experimentos e a página de cadastro. A figura 25 apresenta os dois níveis de usuários possíveis para cadastro na execução do experimento com todas as permissões e funcionalidades necessárias:
  47. 47. 47 cadastro com as características de cada perfil, usuário e senha para segurança e mensuração dos usuários cadastrados conforme cada perfil. Figura 25 - Interface de cadastros do portal Weblab A página de experimentos conta com todos os experimentos dispostos, uma pequena introdução, botão de acesso rápido para efetuar o cadastro caso necessário, acesso para usuários já cadastrados e um acesso como visitante possibilitando somente a visualização das imagens da experimentação conforme ilustrado na figura 26. Figura 26 - Interface experimentos do portal WebLab A figura 27 demonstra a página da experimentação remota, desenvolvida
  48. 48. 48 utilizando imagens reais dos equipamentos, cujo objetivo é proporcionar aos usuários a sensação de realidade, manipulando e observando o experimento remotamente, em contato com todas as etapas que envolvem suas funcionalidades. Figura 27 - Interface de experimentação do portal WebLab Destaca-se ainda, que a interface de experimentação é composta pelo nome do usuário devidamente autenticado no sistema, o tempo de seção corrente, um chat para dúvidas e duas perspectivas de webcam, possibilitando ao usuário visualizar duas imagens reais do experimento, tanto da perspectiva do bulbo como da fonte, para que possam ser analisadas as medidas de corrente e tensão presentes no experimento. Observam-se também as imagens reais das fontes com seus botões dinâmicos, responsáveis por atuarem no experimento através dos quais o usuário controla as taxas de corrente, tensão e raio do experimento, possibilitando assim com esses valores aplicados, efetuar o cálculo razão carga e massa do elétron. Além disso, existem funcionalidades de cadastramento de colaboradores para o projeto como redatores, editores ou até mesmo criação de níveis de usuários específicos para manipular o conteúdo do portal, colaborando assim para o dinamismo da página e melhor produção de material através do trabalho em equipe. Foi também desenvolvida uma versão móvel para os usuários. A mesma está disponível por dois meios, via web e via aplicação APK (uma versão executável e instalável para dispositivos com sistema operacional Android). Através de uma página que aplica a tecnologia Jquery Mobile, foi possível
  49. 49. 49 realizar e disponibilizar a experimentação em tempo real através de dispositivos móveis com acesso à internet. Na imagem 28 observa-se a interface do experimento em execução em dispositivos móveis com sistema operacional android. Figura 28 - Visão da versão móvel em dispositivos com SO Android Na versão mobile, apesar da interface ter sido adaptada para os dispositivos, mantêm-se todas as funcionalidades do experimento. A mesma foi utilizando a própria SDK de desenvolvimento disponibilizada pela empresa desenvolvedora, Google. A aplicação consiste em um Web Content, adaptando-se à diversas resoluções de tela de diferentes aparelhos. A mesma tem a função de representar um micro browser dentro da aplicação, possibilitando rodar o conteúdo web. 2.4. Testes Experimentais A Engenharia de Software é uma área da computação voltada à especificação, desenvolvimento e manutenção de sistemas de software, com aplicação de tecnologias e práticas de projetos, visando organização, produtividade e qualidade. Nesta abordagem, existem várias tentativas no sentido de definir a atividade
  50. 50. 50 de teste, desde a visão intuitiva sobre teste até uma definição formal (KOSCIANSKI, 2006). Todas as afirmações, sejam intuitivas ou formais, generalizam uma ideia sobre o que é teste de software e essencialmente conduzem ao mesmo conceito: Teste de software é o processo de executar o software de uma maneira controlada com o objetivo de avaliar se o mesmo se comporta conforme o especificado (SOMMERVILLE, 2007). A exigência quanto aos tipos e técnicas de testes utilizados tem ganhado espaço, tornando imprescindível a definição de uma boa Estratégia de Teste, que deverá ser definida de acordo com a necessidade individual de cada projeto, determinando as prioridades dos testes que serão realizados. Portanto, ao investigar os requisitos especificados pelo WebLab, verificou-se a adequação aos testes estruturais, com foco aos testes de Desempenho, Stress e Carga, visando garantir que o mesmo esteja adequado internamente, e consequentemente funcionando corretamente. Inicialmente, buscou-se responder às perguntas:  Teste de Desempenho: O WebLab suporta quantas transações por minuto, com qual quantidade de usuários simultâneos?  Teste de Carga: Quantas transações serão suportadas por minuto quando aumentamos os usuários simultâneos?  Teste de Stress: Quantas transações por minuto solicitadas por inúmeros usuários simultâneos, são suportadas pela aplicação sob condições não especificadas do WebLab e até mesmo do próprio hardware? Para execução dos testes utilizou-se o JMeter, ferramenta para testes de carga em serviços oferecidos por sistemas computacionais, sendo parte do projeto Jakarta da Apache Software Foundation. São disponibilizados diversos tipos de requisições e assertions (para validar o resultado dessas requisições), além de controladores lógicos como loops e controles condicionais para serem utilizados na construção de planos de teste, que correspondem aos testes funcionais. Foram criados grupos de usuários virtuais responsáveis por enviarem as requisições e os dados implementados nos testes, além do tempo de inicialização.O tester neste experimento foi uma requisição HTTP, possibilitando medição e acompanhamento de todo o processamento da carga, do nível e do limite médio de usuários, que o servidor suportará, evitando a negação de serviços e aumento da
  51. 51. 51 taxa de disponibilidade do mesmo.Os resultados foram gerados em relatórios, gráficos, tabelas e uma asserção de HTML que gerou um relatório mais detalhado sobre a página requisitada. As figuras 30, 31 e 32 apresentam os gráficos para 100, 200 e 400 usuários, onde diversos usuários estão requisitando o mesmo servidor para medição de quantas solicitações são processadas por segundo. Figura 29 - Requisições para 100 usuários (solicitações são processadas por segundo) Pode-se observar que para 100 usuários (figura 29) o sistema opera sem erros e de forma estável, sem nenhum fator que pudesse afetar a funcionalidade, porém, para 400 usuários (figura 31) o sistema apresenta erros, ficando instável por aproximadamente 8 a 10 minutos podendo acorrer até mesmo falha geral, o que impede o processamento que qualquer solicitação do usuário.
  52. 52. 52 Figura 30 - Requisições para 200 usuários (solicitações são processadas por segundo) Figura 31 - Requisições para 400 usuários (solicitações são processadas por segundo) As figuras 33 e 34 apresentam gráficos, solicitando o mesmo servidor para medição do tempo de resposta do servidor web. Os mesmos demostram comportamentos distintos quando se aumenta o número de requisições submetidas a números elevados de solicitações, chegando até 70 solicitações por segundo. Observa-se, para 100 usuários, um tempo de resposta rápido, aproximadamente 16 segundos, enquanto para 400 usuários estas requisições foram aumentando gradativamente, segundo o ultrapassar o tempo de 44 segundos, até que todas as requisições foram processadas.
  53. 53. 53 Figura 32 - medição do tempo de resposta do servidor web Figura 33 - medição do tempo de resposta do servidor web As figuras 35, 36 e 37 apresentam os gráficos para 100, 200 e 400 usuários, onde pode-se verificar a latência do servidor com diversas requisições sendo solicitadas, para medição do tempo de espera no processamento. Os gráficos demostram que para 100 e 200 usuários a diferença de latência foi relativamente baixa, já para 400 usuários, em alguns momentos foram observadas variações e alterações no ambiente do servidor, como travamentos de alguns dispositivos, paralização, ao longo do tempo de resposta em consultas à base de dados sendo superior a 44 segundos.
  54. 54. 54 Figura 34 - Requisições para 100 usuários (tempo de latência) Figura 35 - Requisições para 200 usuários (tempo de latência)
  55. 55. 55 Figura 36 - Requisições para 400 usuários (tempo de latência) Dentre os resultados obtidos em um cenário usual de produção, pode-se constatar que o desempenho do sistema em uma situação normal de uso foi satisfatório, com retornos às requisições dos recursos de hardware e tempo de espera entre as ações e transações. Porém, a partir de 405 usuários simultâneos houve algum tipo de falha do servidor relacionado à sobrecarga de processos do mesmo. Contudo, como inicialmente o experimento visa atender à demanda média de 30 alunos simultaneamente, a taxa de 1 a 400 usuários mostra-se satisfatória.
  56. 56. 56 CAPITULO 03: CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS Observa-se, atualmente, que são inúmeras as contribuições da inserção das TICs (Tecnologia da Informação e Comunicação) nos processos de ensino e aprendizagem. Como exemplo, os laboratórios de acesso remoto viabilizam experiências que decorrem num espaço físico próprio e eventualmente distante do utilizador, mas que permitem manipulação à distância, por intervenção via Web. Este trabalho apresentou o desenvolvimento e os resultados do software WebLab, que possibilita que o usuário visualize, colete eletronicamente os dados experimentais e atue remotamente através de acesso à web a um aplicativo, para determinar a relação carga/massa do elétron como no experimento original de Joseph John Thomson. Utilizando este aplicativo, o usuário pode ajustar diferentes valores de potencial acelerador e de corrente geradora do campo magnético para obter específicos raios da órbita eletrônica, permitindo, assim, o cálculo da razão carga/massa do elétron. A partir do código computacional desenvolvido, foi realizada a automatização do processamento das imagens capturadas pela webcam, de forma que uma nova imagem do kit didático fosse exibida a cada 4 milissegundos, fornecendo assim para o usuário a percepção de estar vendo um vídeo em tempo real do experimento, pois a troca das imagens é imperceptível ao olho humano. Segundo Chella (2005), os laboratórios remotos aprimoram o acompanhamento das atividades dos alunos, simplificando o acesso quanto à logística e infraestrutura necessária ao funcionamento de um laboratório convencional, como agendar equipamentos, espaços físicos e profissionais habilitados para acompanhar as atividades. E ainda, do ponto de vista educacional, por gerar acessibilidade na condução dos experimentos considerando, horário, independência geográfica e ritmo de aprendizagem do aluno. Os testes realizados permitiram identificar o limite máximo de requisições suportado pelo experimento em condições normais e extremas. Ressalta-se, que
  57. 57. 57 essas condições podem variar conforme o esgotamento de recursos do sistema, como memória, ciclos de processador, largura de banda de rede e capacidade de disco para uma carga excessiva devido ao uso de padrões imprevisíveis, comuns em aplicações web. Destacam-se, adicionalmente, as vantagens de se utilizar uma metodologia de testes automatizada para projetos Web, facilitando a organização e estruturação das atividades de teste. O desenvolvimento do mesmo contribuiu em grande parte para o aumento de investimentos nos equipamentos de experimentação da Universidade Federal de Uberlândia, no Instituto de Física, após desenvolvimento e testes que justificaram tais investimentos. Foram também firmadas parcerias com outras universidades como a Universidade Federal de Santa Catarina, que trabalha com experimentos similares. Diversos materiais didáticos serão futuramente elaborados para serem utilizados dentro da página de experimentação remota, possibilitando a aplicação de exercícios dinamicamente no portal, através de ferramentas de ensino a distância. Espera-se que o sistema desenvolvido, possa servir de base para demais experimentos de outras áreas, além de pesquisas futuras relacionadas ao mesmo tema, possibilitando maiores oportunidades e metodologias de ensino. Dentre os trabalhos futuros estão projetos similares, que utilizem a mesma tecnologia apresentada neste trabalho, propondo melhor usabilidade do experimento, além de outros experimentos e processos que possam ser automatizados remotamente para auxílio ao ensino e à pesquisa.
  58. 58. 58 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANDROID SDK, 2013. Disponível em <http://developer.android.com/reference /packages.html> Acessado em: janeiro, 2013. APACHE LICENSE. Licença de Distribuição, 2004. Disponível em <http://www. apache.org/licenses/LICENSE-2.0>. Acessado em: maio, 2013. ARAÚJO, M. S. T.; ABIB, M. L. V. S. Atividades Experimentais no Ensino de Física: Diferentes Enfoques, Diferentes Finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física. Nr. 25, V2, p.176-194, 2003. ARDUINO. Referência, 2013 Disponível em: <http://arduino.cc/en/Reference/ HomePage> Acessado em: maio, 2013. AUSUBEL, D.P. et al. Psicologia Educacional. Rio de Janeiro; Editora Interamericana, 1980. Automatic Control Telelab (ACT). Disponível em: <http://act.dii.unisi.it/home.php> Acessado em: março, 2013. CAUSO, Roberto de Souza. ActionScript 3.0 Guia de Referência Rápida. São Bernardo do Campo: Alta Books, 480 p., 2009. CERN. Disponível em: <http://praticandof.dominiotemporario.com/ fotografisicas/ experimentos-e-descobertas/experimento-de-thomson.html> Acessado em: março, 2013. Delamaro, M, E. Et al. Introdução ao Teste de Software, São Paulo: Editora Campus, 1ª edição, p 408. 2007. ECLIPSE. Documentação - 2013 Disponível em: <http://www.eclipse.org/ documentation/> Acessado em: maio, 2013. FABRÍCIO S. V. XAVIER. SQL dos Conceitos às Consultas Complexas. São Paulo: Ciência Moderna, 2009, p 272.
  59. 59. 59 FLANAGAN, David. Javascript: O Guia Definitivo. 6. ed. São Paulo: Bookman, 2012. 1080 p. FLATSCHART, Fábio. Adobe Flash CS6. São Paulo: Senac Editora, 2013. 194 p. HAROLD, Elliotte R. REFATORANDO HTML - COMO MELHORAR O PROJETO DE APLICAÇÕES WEB EXISTENTES. São Paulo: Bookman, 2010. 360 p. Jmeter. Disponível em: <http://jmeter.apache.org/> Acessado em: 01 jan. 2013. Joomla Documentation. Disponível em: < http://docs.joomla.org/> Acessado em: 01 jan. 2013. Jornal Estadão. Disponível em:<http://blogs.estadao.com.br/link/venda-de computadores-cresce-12-no-brasil/>Acessado em: 15 mar. 2013. Koscianski, A. Qualidade de Software. São Paulo: Novatec, 2ª edição, p 374, 2006. HDM Hypermedia Design Model. Disponível em: <http://www.dynamiclab.com/moodle/mod/forum/discuss.php?d=428> Acessado em: 02 jan. 2013. MPEG. Disponível em:< http://www.webopedia.com/TERM/M/MPEG.htm> Acessado em: março 2013. PerfMon. Disponível em: <http://code.google.com/p/jmeter-plugins/wiki/PerfMon> Acessado em 02 jan. 2013. PHP. Documentação, 2013. Disponível em: <http://php.net/docs. php>. Acessado em: maio, 2013. PHYWE Disponível em: <http://www.phywe.com/461/pid/26484/Specific-charge-of- the-electron-e-m-.htm> Acessado em: março, 2013. RUDIO, F. V. Introdução ao Projeto de Pesquisa Cientifica. São Paulo: Vozes, pag. 1125, 1985.
  60. 60. 60 SCHUMACHER, E.; TAVARES, A.; SILVA, M.R.; SILVA, H.S.; DALFOVO; OSCAR; LAVALL I.T.; AZAMBUJA, R.A. Física Experimental Auxiliada Por Laboratório Virtual. In: Encontro de Pesquisa em Ensino de Física, 9, 2004. Jaboticatubas. Anais do IX Encontro de Pesquisa em Ensino de Física. São Paulo: Sociedade Brasileira de Física, 2004. Disponível em: <http://www.sbf1. sbfisica.org.br /eventos/snef/xvi/cd/ resumos/T0192-1.pdf> Acessado em: maio, 2013. SILVA, Maurício Samy. JQuery Mobile: Desenvolva Aplicações Web para Dispositivos Móveis com HTML5, CSS3, AJAX, jQuery e JQUERY UI. São Paulo: Novatec, 353 p., 2011. Sommerville, I. Engenharia de Software, São Paulo: Addison Wesley, 9ª edição, pag. 568, 2007. THOMSON, J. J. Applications of Dynamics to Physics and Chemistry. BiblioLife, 2008. pp.324. Universidade Federal de Santa Catarina (RexLab). Disponível em: <http://rexlab. ararangua.ufsc.br> Acessado em: março, 2013. UFPR, Laboratório Especial razão E/M do elétron. Disponível em: <http://fisica.ufpr.br/LE/roteiros/carga_massa_el.html> Acessado em: fevereiro, 2013. UOL. Disponível em: < http://tecnologia.uol.com.br/noticias/redacao/2013/06/20/pela- 1-vez-numero-de-internautas-supera-o-de-pessoas-que-nunca-acessaram-a-rede- diz-estudo.htm> Acessado em março, 2013. WebLab-Deusto. Disponível em: <https://www.weblab.deusto.es/web/> Acessado em: Janeiro, 2013.
  61. 61. 61 ANEXO 01: RECURSOS NECESSÁRIOS A descrição, orçamento e compra dos recursos necessários para o projeto estão listados na tabela 01, sendo os mesmos adquiridos por fonte financiadora vinculada à Universidade Federal de Uberlândia. Tabela 01: Materiais permanentes e equipamentos Descrição/Utilização Unidade Quantidade Valor R$ Unitário Valor R$ Total Fonte Financiadora PLACA ARDUINO UNO PARA PROGRAMAÇÃO PÇ 1 R$ 80.00 R$ 80.00 UFU WEB CAM MICROSOFT PARA CAPTURA DE IMAGENS PÇ 1 R$ 130,00 R$ 130,00 UFU WEB CAM GENIUS 1300 PARA CAPTURA DE IMAGENS PÇ 3 R$ 70.00 R$ 210,00 UFU MOTOR DE PASSO DC 12V PARA ACIONAMENTO DAS FONTES PÇ 3 R$ 10,00 R$ 30,00 UFU CPU, TECLADO/MOUSE PARA DISPONIBILIZAR O SISTEMA WEB COMO SERVIDOR WEB E BANCO DE DADOS PÇ 1 R$ 700,00 R$ 700,00 UFU TOTAL: R$ 1.070,00 Tabela 02: Materiais de consumo (insumos)
  62. 62. 62 Descrição/Utilização Unidade Quantidade Valor R$ Unitário Valor R$ Total Fonte Financiadora FITA ISOLANTE PARA ISOLAMENTO DE CABOS PÇ 3 R$ 2,50 R$ 7,50 UFU CABOS EM GERAL PARA FAZER AS LIGAÇÕES PLACA - MOTORES PÇ 5 R$ 2,40 R$ 12,00 UFU DISP. ELETRICOS COMO LED, CAPACITORES E RESISTORES PÇ 20 R$ 1,90 R$ 38,00 UFU PLACA DE MDF PARA MONTAGEM DO KIT DIDATICO LIGADO AO EXPERIMENTO PÇ 2 R$ 7,00 R$ 14,00 UFU TOTAL: R$ 71,50
  63. 63. 63 ANEXO 02: CODIFICAÇÃO SQL -- CRIA BANCO DE DADOS DO CHAT CREATE DATABASE IF NOT EXISTS `banco_chat` /*!40100 DEFAULT CHARACTER SET latin1 */; USE `banco_chat`; -- TABELA MENSAGENS DO CHAT DROP TABLE IF EXISTS `webchat_lines`; /*!40101 SET @saved_cs_client = @@character_set_client */; /*!40101 SET character_set_client = utf8 */; CREATE TABLE `webchat_lines` ( `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT, `author` varchar(16) NOT NULL, `gravatar` varchar(32) NOT NULL, `text` varchar(255) NOT NULL, `ts` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (`id`), KEY `ts` (`ts`) ) ENGINE=MyISAM AUTO_INCREMENT=14 DEFAULT CHARSET=utf8; /*!40101 SET character_set_client = @saved_cs_client */; -- TABELA USUÁRIOS DO CHAT DROP TABLE IF EXISTS `webchat_users`; /*!40101 SET @saved_cs_client = @@character_set_client */; /*!40101 SET character_set_client = utf8 */; CREATE TABLE `webchat_users` ( `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT, `name` varchar(16) NOT NULL, `gravatar` varchar(32) NOT NULL, `last_activity` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (`id`), UNIQUE KEY `name` (`name`), KEY `last_activity` (`last_activity`) ) ENGINE=MyISAM AUTO_INCREMENT=11 DEFAULT CHARSET=utf8; /*!40101 SET character_set_client = @saved_cs_client */; -- CRIA BANCO DE DADOS LOGIN CREATE DATABASE IF NOT EXISTS `login` /*!40100 DEFAULT CHARACTER SET latin1 */; USE `login`; -- CRIA TABELA REGISTROS DROP TABLE IF EXISTS `registros`; /*!40101 SET @saved_cs_client = @@character_set_client */; /*!40101 SET character_set_client = utf8 */; CREATE TABLE `registros` ( `ip` varchar(25) DEFAULT NULL ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1; /*!40101 SET character_set_client = @saved_cs_client */; -- CRIA TABELA USUÁRIOS ONLINE DROP TABLE IF EXISTS `usersonline`; /*!40101 SET @saved_cs_client = @@character_set_client */;
  64. 64. 64 /*!40101 SET character_set_client = utf8 */; CREATE TABLE `usersonline` ( `timestamp` int(15) NOT NULL DEFAULT '0', `ip` varchar(40) NOT NULL DEFAULT '', PRIMARY KEY (`timestamp`), KEY `ip` (`ip`) ) ENGINE=MyISAM DEFAULT CHARSET=latin1; /*!40101 SET character_set_client = @saved_cs_client */; -- CRIA BASE DE DADOS NUTEC CREATE DATABASE IF NOT EXISTS `nutec` /*!40100 DEFAULT CHARACTER SET latin1 */; USE `nutec`; -- CRIA TABELA ALUNO DROP TABLE IF EXISTS `aluno`; /*!40101 SET @saved_cs_client = @@character_set_client */; /*!40101 SET character_set_client = utf8 */; CREATE TABLE `aluno` ( `cod_aluno` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `nome` varchar(50) DEFAULT NULL, `sexo` varchar(20) DEFAULT NULL, `data_nascimento` varchar(20) DEFAULT NULL, `escola` varchar(50) DEFAULT NULL, `cidade` varchar(50) DEFAULT NULL, `estado` varchar(10) DEFAULT NULL, `ensino` varchar(50) DEFAULT NULL, `email` varchar(50) NOT NULL, `senha` varchar(16) NOT NULL, PRIMARY KEY (`cod_aluno`) ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=11 DEFAULT CHARSET=latin1; /*!40101 SET character_set_client = @saved_cs_client */; -- CRIA TABELA ENDERECO_PROFESSOR` DROP TABLE IF EXISTS `endereco_professor`; /*!40101 SET @saved_cs_client = @@character_set_client */; /*!40101 SET character_set_client = utf8 */; CREATE TABLE `endereco_professor` ( `cod_endereco` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `endereco` varchar(50) DEFAULT NULL, `cep` varchar(50) DEFAULT NULL, `bairro` varchar(50) DEFAULT NULL, `cidade` varchar(50) DEFAULT NULL, `estado` varchar(10) DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`cod_endereco`) ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=latin1; /*!40101 SET character_set_client = @saved_cs_client */; -- CRIA TABELA ESCOLA DROP TABLE IF EXISTS `escola`; /*!40101 SET @saved_cs_client = @@character_set_client */; /*!40101 SET character_set_client = utf8 */; CREATE TABLE `escola` ( `cod_escola` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `nome_escola` varchar(50) DEFAULT NULL, `nivel` varchar(30) DEFAULT NULL, `cargo` varchar(50) DEFAULT NULL,
  65. 65. 65 `ingresso` varchar(50) DEFAULT NULL, `endereco_escola` varchar(50) DEFAULT NULL, `cep_escola` varchar(50) DEFAULT NULL, `bairro_escola` varchar(50) DEFAULT NULL, `cidade_escola` varchar(50) DEFAULT NULL, `estado_escola` varchar(20) DEFAULT NULL, `telefone_escola` varchar(50) DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`cod_escola`) ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=latin1; /*!40101 SET character_set_client = @saved_cs_client */; -- CRIA TABELA PROFESSOR DROP TABLE IF EXISTS `dados_professor`; /*!40101 SET @saved_cs_client = @@character_set_client */; /*!40101 SET character_set_client = utf8 */; CREATE TABLE `dados_professor` ( `cod_prof` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `email` varchar(50) NOT NULL, `senha` varchar(16) NOT NULL, `nome` varchar(50) DEFAULT NULL, `cpf` varchar(50) DEFAULT NULL, `rg` varchar(10) DEFAULT NULL, `sexo` varchar(20) DEFAULT NULL, `data_nascimento` varchar(20) DEFAULT NULL, `telefone` varchar(20) DEFAULT NULL, `celular` varchar(20) DEFAULT NULL, `titulo` varchar(50) DEFAULT NULL, `cod_endereco` int(11) DEFAULT NULL, `cod_escola` int(11) DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`cod_prof`), KEY `cod_endereco` (`cod_endereco`), KEY `cod_escola` (`cod_escola`), CONSTRAINT `dados_professor_ibfk_1` FOREIGN KEY (`cod_endereco`) REFERENCES ` endereco_professor` (`cod_endereco`), CONSTRAINT `dados_professor_ibfk_2` FOREIGN KEY (`cod_escola`) REFERENCES `escola` (` cod_escola`) ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=latin1;
  66. 66. 66 ANEXO 03: MANUAL DE MONTAGEM DO KIT DIDÁTICO Para a montagem do aparato didático acoplado com os motores e a fonte, foi desenvolvido um manual de instrução de montagem. Os procedimentos aqui descritos valem para qualquer experimento de Thomson. Materiais necessários 2- Placas de MDF (Medium-Density Fiberboard) 3- Motores de passo DC 1- Alicate 1- Furadeira 8- Parafusos 3- eixos de alumínio para os motores e fonte 1- Fita isolante O primeiro passo foi realizar a montagem da plataforma e da base em MDF e realizar os furos para o encaixe entre os eixos a fonte e os motores conforme a figura 1 abaixo. Figura 01 O segundo passo foi parafusar os motores de passo na placa de MDF conforme a figura 2 de modo que eles ficassem justapostos com os controladores da fonte.
  67. 67. 67 Figura 02 O terceiro passo foi o encaixe dos eixos entre o motor e as fontes de modo que quando o motor recebesse o impulso, moveria o eixo que movimenta a fonte dos controladores conforme ilustrado na imagem 3. Recomenda-se usar uma fita isolante envolvendo os encaixes para se obter melhor atrito entre as mesmas. Figura 03 Após isso basta fazer a ligação entre os motores à placa de CI desenvolvida e o kit já estará pronto para operar.

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