Open educational platform for problem-based learning in engineering: application of digital control in a thyristor rectifier

Willian Ricardo Bispo Murbak Nunes; Rodrigo da Ponte Caun; Winner Zavolski Queiroz

doi:10.1590/1983-3652.2026.60366

Autores

Willian Ricardo Bispo Murbak Nunes Federal University of Technology - Paraná, Automation and Control Laboratory, Apucarana, PR, Brazil https://orcid.org/0000-0002-3574-7441
Rodrigo da Ponte Caun Federal University of Technology - Paraná, Automation and Control Laboratory, Apucarana, PR, Brazil https://orcid.org/0000-0003-1861-3609
Winner Zavolski Queiroz Federal University of Technology - Paraná, Automation and Control Laboratory, Apucarana, PR, Brazil https://orcid.org/0009-0005-1661-9742

DOI:

https://doi.org/10.1590/1983-3652.2026.60366

Palavras-chave:

Equipamento educacional, Metodologia ativa, Método de aprendizagem, Controle digital

Resumo

Cursos de engenharia frequentemente enfrentam limitações didáticas decorrentes do alto custo da aquisição de equipamentos laboratoriais, o que restringe a oferta de atividades práticas. Consequentemente, a experimentação prática pode ser limitada, enfraquecendo a conexão entre teoria e prática e potencialmente afetando o engajamento dos estudantes. Além disso, observa-se uma escassez de recursos educacionais abertos que integrem teoria e prática de forma clara e acessível. Diante desse cenário, este trabalho propõe o desenvolvimento de uma plataforma educacional de baixo custo e código aberto, projetada para apoiar o ensino prático e interdisciplinar de conceitos de eletrônica de potência, controle digital, circuitos eletrônicos e programação de sistemas embarcados. A plataforma é compatível com microcontroladores amplamente utilizados na academia, o que permite a implementação de algoritmos de controle em malha fechada. Adicionalmente, a plataforma é concebida para uso em uma estrutura de aprendizagem baseada em problemas (ABP) como orientação instrucional. Assim, é apresentado um guia de fluxo de trabalho replicável, e o retorno dos estudantes, obtido por meio de um questionário de percepção, é relatado para caracterizar a experiência de aprendizagem. Resultados de simulação e de laboratório são obtidos para validar a solução proposta em uma aplicação representativa, demonstrando sua viabilidade para experimentos de controle práticos e reprodutíveis, ao mesmo tempo em que mantém uma abordagem aberta e acessível para replicação e desenvolvimento futuro.

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Referências

ALBANESE, Mark Alan; MITCHELL, Susan. Problem-based learning: A review of literature on its outcomes and implementation issues. Academic Medicine, AAMC, v. 68, n. 1, p. 52–81, 1993.

BARROWS, Howard S. Problem-based learning in medicine and beyond: A brief overview. New directions for teaching and learning, Wiley Online Library, v. 1996, n. 68, p. 3–12, 1996.

BARROWS, Howard S; TAMBLYN, Robyn M. Problem-based learning: An approach to medical education. New York: Springer Publishing Company, 1980.

BERBEL, Neusi Aparecida Navas. A problematização e a aprendizagem baseada em problemas: diferentes termos ou diferentes caminhos? Interface-Comunicação, Saúde, Educação, SCIELO Public Health, v. 2, p. 139–154, 1998.

BISPO, Willian. EP_ThyRect. GitHub. 2023. Available from: https://github.com/WRBMNunes/EP_ThyRect. Visited on: 3 Mar. 2026.

BRASIL. Resolução CNE/CES n.2, de 24 de abril de 2019. Brasília, DF: Ministério da Educação. Conselho Nacional de Educação, 2019. Diário Oficial da União. Available from: https://www.gov.br/mec/pt-br/cne/normas-classificadas-por-assunto/diretrizes-curriculares-cursos-de-graduacao. Visited on: 14 Jul. 2025.

BREGANON, Ricardo; ALVES, Uiliam Nelson Lendzion Tomaz; RIBEIRO, Fernando Sabino Fonteque; BARBARA, Gustavo Vendrame; ALMEIDA, João Paulo Lima Silva de; PIVOVAR, Luiz Eduardo; MONTEZUMA, Marcio Aurelio Furtado; MENDONÇA, Marcio. Desenvolvimento de sistemas de pêndulos invertidos como ferramentas didáticas em cursos de Engenharia de Controle e Automação. Holos, v. 5, p. 1–14, 2021.

CANDELAS, Francisco A; GARCÍA, Gabriel J; PUENTE, Santiago; POMARES, Jorge; JARA, Carlos A; PÉREZ, Javier; MIRA, Damián; TORRES, Fernando. Experiences on using Arduino for laboratory experiments of Automatic Control and Robotics. IFAC-PapersOnLine, Elsevier, v. 48, n. 29, p. 105–110, 2015.

CAVALCANTI NETO, Rafael; TRINDADE, Felipe LA; MARQUES, Beatriz RA; AZEVEDO, Gustavo MS; BARBOSA, Eduardo J; BARBOSA, Eduardo AO. An aeropendulum-based didactic platform for the learning of control engineering. Journal of Control, Automation and Electrical Systems, Springer, v. 34, n. 3, p. 566–577, 2023.

CAVAZZANA, Erlon; DENTI FILHO, José; SOUZA, Ernandes Moisés Ribeiro de. Construção de uma plataforma didática para estudo da técnica de controle gain schedulling utilizando um escalonador mecânico de ganhos. In: ANAIS do XXXIX Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia-COBENGE. Blumenau: ABENGE, 2011.

CHEN, Juebei; KOLMOS, Anette; DU, Xiangyun. Forms of implementation and challenges of PBL in engineering education: a review of literature. European Journal of Engineering Education, Taylor & Francis, v. 46, n. 1, p. 90–115, 2021.

CHINELATO, Caio Igor Gonçalves. Experimental Didactic Platform For Teaching Control Systems In EngineerinG. Revista de Ensino de Engenharia, v. 41, 2022.

HADGRAFT, Roger George; KOLMOS, Anette. Emerging learning environments in engineering education. Australasian Journal of Engineering Education, Taylor & Francis, v. 25, n. 1, p. 3–16, 2020.

KELES, Natália A; SILVA, Marina A; CAMPOS, Vıctor Costa da Silva; BRAGA, Márcio Feliciano. Módulos didáticos para o ensino de análise e controle de sistemas dinâmicos. XIII Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, p. 1893–1898, 2017.

LÓPEZ-REYNA, Daniela; LÓPEZ-REYNA, Ivanna; GONZÁLEZ-BADILLO, Germánico; MONTEJANO, Misael F. Martinez; MONTEJANO, Roberto Carlos Martinez. Tuning a PID controller using genetic algorithms. Journal of Applied Research and Technology, v. 23, n. 3, p. 240–251, 2025.

MANN, Llewellyn; CHANG, Rosemary; CHANDRASEKARAN, Siva; CODDINGTON, Alicen; DANIEL, Scott; COOK, Emily; CROSSIN, Enda; COSSON, Barbara; TURNER, Jennifer; MAZZURCO, Andrea, et al. From problem-based learning to practice-based education: A framework for shaping future engineers. European Journal of Engineering Education, Taylor & Francis, v. 46, n. 1, p. 27–47, 2021.

NORMEY-RICO, Julio Elias; MORATO, Marcelo Menezes. Teaching control with Basic Maths: Introduction to Process Control course as a novel educational approach for undergraduate engineering programs. Journal of Control, Automation and Electrical Systems, Springer, v. 35, n. 1, p. 41–63, 2024.

PICARD, Cyril; HARDEBOLLE, Cécile; TORMEY, Roland; SCHIFFMANN, Jürg. Which professional skills do students learn in engineering team-based projects? European Journal of Engineering Education, Taylor & Francis, v. 47, n. 2, p. 314–332, 2022.

PRINCE, Michael J; FELDER, Richard M. Inductive teaching and learning methods: Definitions, comparisons, and research bases. Journal of Engineering Education, Wiley Online Library, v. 95, n. 2, p. 123–138, 2006.

PUGLIESE, Luiz Felipe; OLIVEIRA, Tiago Gaiba de; SILVA, Diogo Leonardo Ferreira da; RODOR, Fadul Ferrari; SILVA BRAGA, Rodrigo Aparecido da; AMORIM, Gabriela Fonseca. Modeling and development of a low-cost didactic plant for teaching in multivariable systems. Research, Society and Development, v. 11, n. 7, e33011730249–e33011730249, 2022.

RIBEIRO, Luis Roberto de Camargo. Aprendizagem baseada em problemas (PBL): uma experiência no ensino superior. São Carlos: Edufscar, 2022.

SANT’ANNA, Gabrielle Christini Costa; AOYAMA, Elisa Mitsuko. Kits didáticos: o que os alunos pensam sobre este recurso? Revista Ciências & Ideias ISSN: 2176-1477, p. 237–251, 2018.

SAVERY, John R; DUFFY, Thomas M. Problem based learning: An instructional model and its constructivist framework. Educational technology, JSTOR, v. 35, n. 5, p. 31–38, 1995.

SOTELO, David; SOTELO, Carlos; RAMIREZ-MENDOZA, Ricardo A; LÓPEZ-GUAJARDO, Enrique A; NAVARRO-DURAN, David; NIÑO-JUÁREZ, Elvira; VARGAS-MARTINEZ, Adriana. Lab-Tec@ Home: A cost-effective kit for online control engineering education. Electronics, MDPI, v. 11, n. 6, p. 907, 2022.

SOUZA, Samir Cristino; DOURADO, Luis. Aprendizagem baseada em problemas (ABP): um método de aprendizagem inovador para o ensino educativo. Holos, v. 5, p. 182–200, 2015.

YADAV, Aman; SUBEDI, Dipendra; LUNDEBERG, Mary A; BUNTING, Charles F. Problem-based learning: Influence on students’ learning in an electrical engineering course. Journal of Engineering Education, Wiley Online Library, v. 100, n. 2, p. 253–280, 2011.