Neste capítulo apresentamos uma série de experimentos simples. A maioria deles envolve tabletsembora a seção 1.5 seja uma exceção.
Em todos eles pudemos visualizar experimentalmente leis físicas, que em sala de aula nor- malmente são discutidas apenas numa perspectiva teórica. Além disso, para cada um deles nós sugerimos um momento específico do conteúdo em que julgamos adequada a sua discussão. En- tretanto, acreditamos que o leitor interessado nas atividades que propomos aqui possa utilizar estes experimentos em outros momentos e perspectivas.
Em todos os experimentos, julgamos sempre necessário que as montagens experimentais fossem as mais simples possíveis, de forma a não afastar os professores e estudantes interessa- dos, mas que não tenham tanto traquejo experimental. Em alguns deles, acreditamos que fomos felizes, em outros, sobretudo aqueles que envolvem alguma montagem mais elaborada como o do Temperature [veja o capítulo 4], nem tanto. Mas em todos, a ideia central é a mesma: ilustrar fenômenos físicos simples e discutir os conceitos físicos envolvidos. Também vale a
pena acrescentar mais uma vez que o uso de dispositivos como tablets e smartphones, embora à primeira vista possam ser negativamente associados aos instrumentos de distinção social (o que é uma crítica justa e bem fundamentada), têm uma faixa de valores mais ampla e com um uso cada vez mais massivo entre jovens e adolescentes de todas as classes sociais, de forma que o uso consciente e crítico por parte do professor pode fazer uso deste potencial sem gerar grandes conflitos.
Por fim, vale destacar que os ganhos pedagógicos e metodológicos dos experimentos aqui apresentados surgem fundamentalmente devido à maior interação e proatividade do estudante com os fenômenos e conceitos físicos abordados. Deve-se ter sempre em mente a importância da fenomenologia dentro do processo de Ensino/Aprendizagem de disciplinas das Ciências da Natureza, tal como Einstein sabiamente registrou na citação com que abrimos este capítulo: "Um belo experimento em si mesmo, é muitas vezes mais valioso do que vinte fórmulas extraí- das de nossas mentes.".
Capítulo 2
Programação para tablets e smarphones
com estudantes do Ensino Médio
"There’s an old story about the person who wished his computer were as easy to use as his telephone. That wish has come true, since I no longer know how to use my telephone." Bjarne Stroustrup
Neste segundo capítulo, vamos apresentar a ferramenta chamada MIT App Inventor [25], desenvolvida numa parceria entre o Instituto de Tecnologia de Massachusetts e a Google. Diante da importância estratégica em se difundir a utilização de linguagens de programação, o MIT App Inventor surge com o objetivo de tornar o processo de elaboração e implementação de algoritmos mais acessível, de modo que pudesse ser discutida até mesmo com estudantes de níveis Médio e Fundamental. De modo a atingir este objetivo, a ferramenta é voltada para a implementação de aplicativos Android, interessantes na medida que os celulares com este sistema operacional tornam-se cada vez mais populares tanto entre jovens quanto em adultos, e utiliza blocos lógicos visuais, que permitem que se possa montar uma miríade de aplicativos que realizem diversas tarefas distintas. Deste modo, o App Inventor permite que estudantes de nível Médio (e até do Fundamental) possam entrar em contato com a lógica da programação de computadores, que envolve a elaboração e a implementação de diversos algoritmos.
Além disso, os aplicativos em geral são desenvolvidos de acordo com os interesses e as necessidades dos estudantes, o que reforça e estimula o seu próprio aprendizado. O poder e a versatilidade do App Inventor são impressionantes. Na referência [26], indicamos os tutoriais em inglês disponibilizados gratuitamente na página oficial do MIT App Inventor. Os exemplos são de simples implementação, e vão de jogos sofisticados, tais como o Lady Bug, que utiliza o giroscópio do aparelho e a respectiva inclinação da tela do mesmo para controlar a equação de movimento do personagem, passando por aplicativos para pedido de pizza, e o aplicativo Where is my car, que ajuda o motorista distraído a encontrar o carro deixado em estacionamentos.
Deste modo, a versatilidade do App Inventor permite a elaboração de uma grande variedade de aplicativos distintos para o desenvolvedor. Com os estudantes do IFRJ Campus São Gon- çalo, resolvemos focar na elaboração de aplicativos científicos, de modo a conciliar o estudo da elaboração de aplicativos ao estudo específico de conhecimentos curriculares fundamentais na formação destes estudantes dentro das áreas da Ciência como a Física e a Química.
Na seção 2.1, vamos apresentar esta ferramenta em maiores detalhes, com um enfoque voltado para as aplicações que desenvolvemos. Conforme veremos, a estrutura do App Inventor separa os aspectos gráficos do aplicativo, que corresponde à adição de elementos de Layout como botões, imagens, e etc., da parte que implementa o comportamento dos elementos que foram adicionados [veja a Fig. (2.3) que mostra os botões que permitem ir de um ambiente para o outro].
Já na seção 2.2, vamos mostrar o aplicativo Vidrarias [27]. Este aplicativo apresenta as características das diversas vidrarias presentes em laboratórios de Química, tais como o Er- lenmeyer e o bico de Bunsen. A ideia principal deste aplicativo é o de juntar as informações mais importantes a respeito dos diversos tipos de vidrarias a fim de facilitar o manejo e a uti- lização destes objetos nas práticas experimentais de Química. Este aplicativo foi desenvolvido pelo autor da presente Tese e o estudante de Ensino Médio/Técnico Victor Hugo Lorenzo, do IFRJ Campus São Gonçalo. O estudo foi interessante na medida que serviu para o estudante Victor como fundamentação dos conhecimentos experimentais práticos no laboratório de Quí- mica. Além disso, também nos permitiu discutir e utilizar as famosas Listas, estruturas de dados bastante utilizadas nas Ciências da Computação [28].
Na seção (2.3) apresentamos um aplicativo voltado para o uso em jogos de RPG (do inglês Role Playing Game, em português jogo de interpretação de papeis), que envolve a aplicação da geração de números pseudo-aleatórios disponível no MIT App Inventor para implementar o lançamento de dados com número de faces que o usuário desejar. Vale destacar que até mesmo o MEC recomenda a utilização deste tipo de jogo, o RPG, como ferramenta para o ensino de diversas disciplinas, uma vez que a dinâmica do RPG estimula uma série de habilidades, como a improvisação e habilidades lógicas, tais como a matemática e a interpretação texto e de perso- nagens [30]. Embora já existam diversos aplicativos que realizam esta função, acreditamos que a motivação e a aprendizagem envolvidas na elaboração deste aplicativo tenham sido bastante enriquecedoras para os estudantes envolvidos no projeto. Vale lembrar que diferentemente do aplicativo Vidrarias, o aplicativo Dado é o nosso primeiro projeto que tem uma maior preocu- pação com a estética do aplicativo, onde elaboramos um layout visualmente mais agradável.
Posteriormente, na seção (2.4) mostraremos o aplicativo Balanceamento Químico. Embora já tenhamos procurado ainda não encontramos nenhum aplicativo em português que realize o balanceamento químico de um conjunto de reações químicas. Assim, surgiu a ideia para o apli- cativo Balanceamento Químicos, que realiza o balanceamento químico para a reação química selecionada. De modo a elaborar este aplicativo, fizemos um estudo voltado para o balancea- mento químico em si e a separação e a classificação de diferentes tipos de reações químicas. Assim, ao invés de ter de implementar um algoritmo que resolva o sistema de equações lineares associado a cada equação química a ser balanceada, optamos por criar um banco de dados com as reações químicas contidas no aplicativo e os seus respectivos balanceamentos, previamente determinados. Também nos preocupamos com o design do aplicativo.
Finalmente, na seção 2.5, apresentaremos outros projetos que estão em desenvolvimento. Dentre estes, destacamos a implementação de equações de movimento, que permitem estudar uma ampla gama de sistemas físicos. Como primeiro sistema a ser estudado, escolhemos o Pêndulo Simples. É interessante notar que através da técnica de diferenças finitas, amplamente utilizada na programação de jogos, podemos implementar a dinâmica desejada sem nos res- tringirmos a aproximações. No caso do Pêndulo Simples não precisamos impor um regime de pequenas oscilações, onde sin θ ∼= θ.
2.1
O MIT App Inventor
Nesta seção vamos apresentar o MIT App Inventor. Esta ferramenta, que é um software de código aberto , surgiu em uma parceria entre a Google e o MIT. O criador da ferramenta é o Hal Abelson [31], mas uma grande equipe esteve envolvida.
A ideia de se utilizar linguagens de programação simplificadas para o uso pedagógico não é nova. Como exemplo de práticas pioneiras nesta direção podemos citar o caso do BASIC (do inglês Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code) e do Pascal, ambas linguagens de programação originalmente desenvolvidas com o propósito pedagógico em mente [29]. Em geral, estas linguagens tinham como objetivo a simplicidade de uso, mesmo por usuários inici- antes, e a interatividade.
Nessa perspectiva, o MIT App Inventor é uma espécie de linguagem computacional visual, voltada para a implementação de aplicativos para Tablets e smartphones com o sistema Android. Embora possua um forte viés pedagógico, sobretudo por conta da facilidade advinda do uso dos blocos lógicos para montar algoritmos, a ferramenta permite que se produzam diversos aplica- tivos para o uso real, com uma variedade impressionante de recursos distintos. Na referência [26], a página oficial da ferramenta lista uma série de tutoriais escritos num inglês acessível e quase coloquial. Estes tutoriais são classificados em níveis, de acordo com a sua complexidade em iniciante, médio ou avançado, e aos poucos ilustram os diversos recursos presentes no App Inventor. Ao final de cada tutorial em geral são propostos desafios, onde são discutidas as li- mitações e possíveis melhorias nos aplicativos desenvolvidos. Caso você queira desenvolver aplicativos usando o App Inventor, é necessário ter uma conta de e-mail do Gmail.
Além disso, conforme citamos no começo deste capítulo, o App Inventor separa os elemen- tos de Layout do aplicativo em uma janela da internet, da efetiva programação do comporta- mento destes elementos introduzidos no Layout. Essa separação nos ajuda a implementar o aplicativo na medida que os aspectos visuais podem ser trabalhados por um grupo diferente, enquanto que o desenvolvimento da programação do aplicativo em si pode ficar a cargo de ou- tros responsáveis. Esta separação nos permite juntar estudantes com habilidades e afinidades em comum em grupos distintos, de modo a desenvolver e aprimorar estes talentos e otimizar o desenvolvimento de novos projetos.
Nas Fig.’s (2.1) e (2.2), temos uma captura de tela de uma página da internet, onde vemos um projeto aberto. Nesta janela, podemos adicionar os elementos que desejamos em nosso apli- cativo: desde elementos gráficos, como botões, imagens e alinhadores de Layout, até elementos não visíveis, como arquivos mp3 e a utilização de alguns sensores.
Figura 2.1: Captura de tela do ambiente de Layout de um projeto: à esquerda temos a paleta de opções e à direita as propriedades do elemento Screen1 selecionado.
Podemos também elaborar desenhos para os botões e o fundo da tela do aplicativo. Estes elementos podem ser inseridos, de modo que é possível mudar o Layout básico padrão, que é gerado automaticamente quando criamos um novo projeto. Recomenda-se também, como uma boa prática de programação, que o programador nomeie os elementos de forma sugestiva, de modo a padronizar e facilitar a identificação dos elementos inseridos.
Uma vez que tenhamos inserido os elementos de design desejados, podemos abrir o editor de blocos, o que fazemos simplesmente clicando no botão Blocks, localizado no canto superior
Figura 2.2: Captura de tela de um projeto aberto no editor de Layout do MIT App Inventor. direito [veja a Fig. (2.3)].
Figura 2.3: Botões que permitem trocar do ambiente de design para o editor de blocos.
É neste ambiente em que programamos o comportamento dos elementos que inserimos no ambiente de design. Quando adicionamos um botão no ambiente de design, apenas o pusemos lá. É fundamental que se possa programar o botão, isto é, dizer o que queremos que aconteça quando alguém aperte esse botão.
Na Fig. (2.4), temos a captura de tela do ambiente do editor de blocos. Nesta imagem colocamos um bloco que corresponde a um loop do tipo for. Isto é muito interessante, uma vez que o App Inventor permite que um estudante de ensino Médio tenha contato com essas estruturas de controle de uma forma visual. Isto permite que o estudante comece a pensar e elaborar algoritmos visualmente, que podem ter complexidade crescente.
Figura 2.4: Capturas de tela de um projeto no ambiente do editor de blocos.
gens. Uma delas é o fato de a ferramenta não permitir que se faça engenharia reversa, ou seja, criar um projeto no App Inventor e exportá-lo para um ambiente de criação mais versátil, como o Eclipse [32].
Poderíamos explorar outros recursos desta poderosa ferramenta, mas indicamos novamente os tutoriais disponíveis na página do MIT App Inventor [26]. Vamos apresentar agora os aplica- tivos que desenvolvemos com estudantes de nível médio.