Caraterísticas de diversas visualizações

Neste ponto apresentam-se as características de algumas visualizações frequentemente utilizadas em sala de aula. Desta forma, apresentamos as potencialidades e alguns cuidados a ter no uso de alguns recursos visuais tais como: modelos concretos, imagens estáticas 2D e 3D, animações, simulações, softwares de modelagem molecular e vídeos.

Modelos concretos

Em relação aos modelos concretos, podemos afirmar que o seu uso tem sido frequente na sala de aula de Química e de Física.

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Fig. 2.2– Modelos moleculares

Fig. 2.3 – Plano inclinado

Estas ferramentas podem ser fisicamente manipuláveis, são importantes, por exemplo, no ensino de estruturas moleculares (Química), pois destacam a tridimensionalidade das estruturas e facilitam a construção de um modelo mental adequado. Na Física ajudam os estudantes a criarem ligações cognitivas entre a Matemática e a Física e podem ser usados em situações de ensino no sentido de conferir a noção de construção do conhecimento na ciência (SAVEC; VRTACNIK; GILBERT, 2007).

Imagens estáticas 2D e 3D

As imagens estáticas 2D e 3D (pseudo 3D), modelos, fotografias, esquemas, gráficos, formulas de estrutura, etc., que aparecem frequentemente nos livros de química e física e nas mais diversas publicações na área das ciências, são muitas vezes usadas para contextualizar determinados fenômenos, para representar determinados processos (físicos, químicos e biológicos), destacar a tridimensionalidade das estruturas e para apresentar e comunicar dados, etc. (GILBERT, 2008; SAVEC; VRTACNIK; GILBERT, 2007).

Fig. 2.4 – Regra da mão direita (Campos eletromagnéticos)

Fig. 2.5 – Representação da molécula da água

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Fig. 2.6 – Laboratório de Química Fig. 2.7 – Esquema do espectro electromagnético

Neste tipo de recursos é importante que o professor discuta previamente com os alunos, caso existam, convenções utilizadas nas imagens, tornar as conexões visíveis, reduzir a carga cognitiva tornando, a informação explícita e integrar informação para que os alunos possam atribuir um significado correto ao que estão a visualizar. No caso de estruturas tridimensionais, o professor deve promover a transição de 2D para 3D e vice-versa. Em relação aos modelos, salienta-se de novo a necessidade de o professor discutir com os alunos o alcance e as limitações de cada representação, isto é, que aspectos uma dada representação pode, ou não, representar (JUSTI; GILBERT; FERREIRA, 2009).

Em relação às ferramentas multimídia ou multimodais, são ferramentas que utilizam palavras e imagens, isto é, modos verbais e não verbais de representação (MORENO; MAYER, 2007). Estes autores apresentam dois tipos de ferramentas, as interativas e do tipo não interativa. No tipo não interativa, a mensagem é apresentada de uma forma pré- determinada independente de qualquer ação que o aluno faça durante a aprendizagem; exemplos incluem a animação, o vídeo ou uma passagem de um livro com texto e ilustrações. No tipo interativo as palavras apresentadas e imagens dependem das ações do aluno durante a aprendizagem, os exemplos incluem simulações, ambientes de hipermídia, animação e vídeo com ritmo controlado pelo aluno.

Simulação

A simulação multimídia é considerada um dos aplicativos mais poderosos das TIC para a ciência no momento (HENNESSY; DEANEY; RUTHVEN, 2006). Este software possibilita animar e simular processos reais (biológicos, físicos e químicos) e permite a execução de "experimentos virtuais", que seriam impossíveis de realizar outra forma

51 (HENNESSY; DEANEY; RUTHVEN, 2006; RIEBER, 2005). Algumas experiências são muito complexas, caras, ou muito perigosas para serem feitas num laboratório escolar. Esta ferramenta permite um ambiente altamente interativo, que de acordo com a Teoria da Aprendizagem Multimídia (MAYER, 2001) é o terceiro pressuposto para a aprendizagem ocorrer: o aluno deve selecionar ativamente, organizar e integrar informações. Esta animação interativa, no sentido que o utilizador tem um controle sobre o que vai aparecer na próxima imagem, através de uma modificação nos parâmetros (variáveis) de entrada (input) (RIEBER, 2005), apresenta com frequência representações múltiplas. As simulações permitem que os alunos visualizem conceitos abstratos que ajudarão na construção de modelos mentais (representações internas) (RAPP, 2007). Possibilitam, igualmente, a exploração de processos químicos de forma a prever ou testar explicações e comportamentos subjacentes a modelos teóricos e a simular experiências laboratoriais (BOULTER; GILBERT, 1998). No entanto, existem algumas desvantagens, especialmente quando são usadas isoladamente, pois podem dar a impressão aos alunos que cada variável é facilmente controlada, que a realidade é assim tão simplificada e que todas as experiências de laboratório são tão previsíveis.

Animação

Muito usada, principalmente em Química, a animação multimídia apresenta grande potencial. É utilizada para proporcionar a visualização de fenômenos dinâmicos que envolvem mudanças constantes no tempo que não seriam facilmente observáveis na realidade ou na escala de tempo (ex. placas tectónicas, sistema circulatório), ou quando o fenômeno real é praticamente impossível de realizar numa situação de aprendizagem (demasiado caro, demasiado perigoso) ou pertencem ao mundo submicroscópico (reações químicas) (BETRANCOURT, 2005). As animações são produzidas como modelos úteis no nível submicro, representando as estruturas das substâncias e mudanças químicas e físicas (TASKER; DALTON, 2006). Assim, as animações podem mostrar a natureza dinâmica, interativa e multiparticulada das reações químicas de forma explícita. Mas, de acordo com esses autores, elas devem ser usadas e concebidas com especial atenção, a fim de evitar gerar ou reforçar equívocos. Às vezes é muito difícil de conseguir um bom rigor científico, devido às exigências de restrições técnicas e computacionais. Também Schnotz (2002) no seu trabalho nos apresenta algumas vantagens e desvantagens deste tipo de recurso visual. Para

52 este autor, este recurso permite a elaboração de um modelo mental de um sistema dinâmico, realizando duas funções:

• Permitir a indivíduos com pobres capacidades imagéticas, ou indivíduos muito novos a elaboração do modelo mental;

• Facilitar a indivíduos já com algumas capacidades imagéticas a elaboração do modelo mental, baixando a carga cognitiva necessária usar para o indivíduo obter o modelo mental.

No entanto, podem inibir a elaboração do modelo mental, ou porque a animação é demasiado complexa, ou porque pode evitar que o indivíduo que já tem capacidade imagética construa o seu próprio modelo mental, criando a ilusão de compreensão.

Softwares de modelagem molecular

Os softwares de modelagem molecular como, por exemplo, o Arguslab ou o

Hyperchem, permitem ao aluno gerar e observar visualmente a geometria molecular,

superfícies de densidade electrónica e de potencial electrostático e imagens dos orbitais Lumo e Homo, etc. A construção da visualização pode ser feita diretamente pelo aluno de acordo o seu ritmo e necessidade, permitindo uma grande interatividade, ou seja, um grande envolvimento na situação de aprendizagem (RAPP, 2007). Ao permitir a manipulação de diversas formas de representação possibilita, por conseguinte, a obtenção de um efeito vinculativo entre a propriedade de natureza teórica e a forma de a representar de natureza pictórica.

Vídeo

O vídeo também é usado no ensino de ciências para apresentar o mundo fora da sala de aula ou para investigar um fenômeno fora do laboratório (NEWTON; ROGERS, 2001). Ele permite levar os alunos em viagens de campo impossíveis ao redor do mundo, conhecer novas pessoas e ouvir suas ideias e mostrar as experiências que não podem ser feitas em sala de aula. O vídeo permite mais do que uma transmissão de conhecimento, permite a aquisição de todo o tipo de experiências: conhecimento, emoções, atitudes, sensações (ARROIO, 2010), ou seja, o vídeo pode constituir um elemento organizador das atividades da sala de aula

53 permitindo ao aluno um contacto com vários tipos de discurso, desenvolvendo uma leitura crítica do mundo. O vídeo pode ser usado de uma variedade de formas para melhorar qualquer plano de aula ou assunto. Ele pode ser usado antes de introduzir um assunto, para explorar recursos específicos dentro de um tema, para promover a interatividade e encorajar a discussão. Também pode ser feito pelos alunos para apresentar alguma pesquisa, etc. Todavia, existem alguns cuidados na sua escolha e utilização que devem ser salvaguardados pelo professor:

• antes de exibir o vídeo é importante que o professor se aproprie do material, assistindo o vídeo antes para conhecê-lo, verificar a qualidade da cópia, o som, deixando o vídeo no ponto de exibição.

• o professor inicialmente deve realizar a desconstrução e reconstrução do produto audiovisual para então se posicionar como mediador da negociação dos significados na sala de aula.

• escolher se vai exibir todo o vídeo ou só alguns trechos. A exibição do vídeo depende da atividade proposta. Pode ser mais indicado exibir todo o material, ou não, utilizando apenas trechos que sejam relevantes para o desenvolvimento da atividade planeada pelo professor (ARROIO; GIORDAN, 2006).

SÍNTESE

O uso de representações não verbais (visualizações) nas ciências é um fato irreversível (LINN, 2003; RAPP, 2007). Estas desempenham um papel muito importante em vários domínios, nomeadamente na construção, na comunicação e no teste de conhecimentos (LINN, 2003). Com o desenvolvimento das teorias da psicologia cognitiva e das teorias socioculturais, vários têm sido os contributos que nos permitem entender melhor o impacto destes recursos na aprendizagem. Em termos gerais, estas ferramentas são consideradas atualmente pelas teorias socioculturais como meios de construção de conhecimento, mais especificamente ferramentas de mediação semiótica (VYGOTSKY, 1981) e preconiza-se o seu uso num contexto social, em que se privilegiam as interações geradas entre os indivíduos e com as ferramentas. A psicologia cognitiva tem-se focado mais nos aspectos mais individuais da aprendizagem, nomeadamente na construção dos modelos mentais, todavia considera-se neste trabalho que ambas discutem aspectos essenciais à compreensão da natureza e papel destes recursos, assim como a critérios de seleção e abordagens mais eficazes

54 em sala de aula. Especificamente no ensino de Química e Física, estas são consideradas essenciais, pois “providenciam formas de descrever como componentes particulares em mecanismos complexos interagem” (RAPP, 2007, pp. 52-53). Na Química são essenciais para descrever o mundo submiscrocópico e facilitam a transição entre os diferentes níveis representacionais (JOHNSTONE, 1993; GABEL, 1999; TREAGUST; CHITTLEBOROUGH, 2001). Na Física permitem, por exemplo, simular ambientes abstratos (ex. superfícies sem atrito) (RAPP, 2007) e outro tipo de experimentos que facilitam o entendimento de conceitos complexos. O desenvolvimento da tecnologia tem permitido a criação de sofisticadas visualizações (simulações, animações e softwares de modelagem molecular) que permitem a vivência de experiências virtuais que podem influenciar o pensamento científico dos indivíduos (STIEFF; BATEMAN, JR; UTTAL, 2007). De acordo com os referenciais da psicologia cognitiva, estas ferramentas são essenciais para o desenvolvimento de visualizações internas, ou seja, os modelos mentais. Modelos estes, imprescindíveis na aprendizagem em ciências (GILBERT, 2007b) e que permitem dar conta do raciocínio dos indivíduos quando estes tentam compreender e resolver problemas do mundo físico (GRECA, 2007). Estas teorias da psicologia cognitiva (MAYER, 2001, SCHNOTZ; BANNERT, 2003) apresentam, igualmente, contributos para compreendermos melhor o processo de cognição humana e desta forma, promover um design (WU; SHAH, 2004) e uma escolha destes recursos mais alinhada com esta cognição (RAPP; KURBY, 2008).

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