A modelagem de sistemas Físicos

A Física faz uso da modelagem pela construção de hipóteses que descrevam os fenômenos da maneira mais análoga possível à realidade observada.

Modelagem de fenômenos físicos significa a aplicação das leis e dos conceitos fundamentais na construção de teorias com validades específicas (MEDEIROS e MEDEIROS, 2002, p.83).

A modelagem de um sistema físico está embasada num processo cognitivo de construção de um modelo científico que o descreva. O direcionamento desse processo segue uma teoria subjacente denominada como modelagem esquemática, que deve ocorrer em cinco estágios não-hierárquicos, que são: seleção, construção, validação, análise e expansão (HALLOUN, 1996 apud ARAUJO e VEIT, 2002, p.25).

Quando um modelo físico é escolhido apropriadamente de uma gama de modelos familiares em uma teoria específica, temos o estágio da seleção. Essa seleção é guiada pelo domínio de cada modelo estando inserida no propósito da modelagem e da validade requerida.

Um exemplo é a descrição do deslocamento de um veículo que se move com velocidade constante numa estrada retilínea. Essa situação-problema (caso) pode ser tratada como um movimento retilíneo uniforme, mas quais seriam suas

limitações? E se o veículo freasse? Ou acelerasse? Essas são questões intrínsecas à seleção do modelo.

No estágio de construção se produzem modelos matemáticos que se baseiam nos esquemas científicos (conceitos, leis, e outras estruturas compartilhadas pela comunidade científica) ajudando a resolver matematicamente o caso investigado. As questões que cabem nesse ponto seriam: que coordenadas são as mais apropriadas para descrever a situação-problema analisada? Que leis são aplicáveis a esse caso? Que parâmetros são requeridos pelo problema?

Já no estágio de validação que pode sobrepor ao de construção, considera-se a estrutura do modelo criado, que é alicerçada em questões do tipo: qual a aproximação entre a função que rege o problema e o que é observado no sistema físico de referência?

Quando se deseja verificar se todos os propósitos estão sendo contemplados com o modelo criado ou em construção, questiona-se se o modelo apresentado representa apropriadamente os objetos do problema ou da situação.

A questão que se pretende responder não extrapola os limites do modelo construído? Há propriedades secundárias representadas no modelo que poderiam ter sido descartadas?

A análise do modelo na resolução de problemas do tipo livro-texto consiste primeiramente no processo do modelo matemático, obtendo-se as respostas para as questões levantadas no problema e a interpretação e justificativa para as respostas.

Na concepção de alguns especialistas da área, a resolução de problemas ou exercícios não está presa a decorrência imediata do conhecimento e do domínio dos conceitos, pois, segundo esses autores, (VEIT e TEODORO, 2002; TAVARES, 2003) o processo de resolução de exercícios é outro aprendizado, já que, para esses autores, é preciso saber:

 identificar ou decodificar as grandezas e as variáveis relevantes apresentadas no anunciado;

 utilizar as expressões matemáticas adequadamente, ou seja, equacioná-las e resolvê-las.

Esses especialistas admitem que nenhum desses saberes pode ser adquirido sem um aprendizado especifico, que muito pouco tem a ver com o conhecimento teórico ao qual o exercício se aplica.

Por isso, a apresentação dos exercícios deve acontecer da forma mais detalhada possível, onde haja condições de se criar um ambiente de discussões para que o alunado compreenda como a solução foi pensada e realizada.

Segundo Halloun (1996) apud Araujo e Veit (2002), a expansão do modelo inclui:

 usar um dado modelo para descrever, explicar e/ ou predizer novas situações físicas pertencentes ao sistema em estudo;

 inferir implicações para outros sistemas físicos de referência do modelo;

 extrapolar o modelo para a construção de novos modelos; essa extrapolação inclui também atividades reflexivas, onde o modelador examina e aprimora seu conhecimento em termos de sua experiência de modelagem.

Nesse ponto, o autor sugere os seguintes questionamentos: a) Que aspectos do modelo ou de sua solução reforçam o que já se esperava dele? b) Que aspectos complementam o que se esperava?c) Que aspectos parecem contradizer seus conhecimentos? d) Como se pode aplicá-lo a outras situações?

As entidades matemáticas usadas pela Física são poderosas ferramentas de predição e descrição das situações-problema analisadas.

As validades das funções e equações ocorrem à medida que novas conjecturas surgem a respeito de um dado estudo já realizado, que exige a formulação de novos parâmetros de análise.

Assim, os modelos físicos estruturados matematicamente, sofrem constantes adaptações, ou melhor, o resultado da modelagem é estruturado em funções que incorporam o modelo científico do problema que deve ser representado de forma a manter as propriedades intrínsecas ao fenômeno em análise.

Modelos científicos são ideais, na medida em que trabalham com objetos ou entidades que não têm existência real na natureza, e são simplificados, pois mantêm apenas as características essenciais dos sistemas ou fenômenos que se pretende representar (TEODORO e VALENTE, 2001, p.42).

As situações-problema investigadas, analisadas no âmbito de ambientes virtuais de aprendizagem, podem melhorar o desempenho dos alunos na sala de aula, pelo uso de múltiplas simulações, corroborando para o processo de ensino- aprendizagem.

Quando é possível o uso de múltiplas representações de um fenômeno em estudo, numa simulação, onde o aluno tem a chance de observar simultaneamente, gráficos, tabelas, e animações comparativas de um evento, se dá a possibilidade de construções de relações e significados de forma a permitirem aos alunos testarem seus próprios modelos cognitivos. O software Modellus se apóia nessa perspectiva (VEIT e TEODORO, 2002).

Valente (1993) aponta que o uso do computador na Educação pode auxiliar a resolução de situações-problemas através das simulações e agilizar a produção de textos através dos editores de textos, além de grande uso na Internet.

Para Oliveira (1997), as simulações representam o ―melhor potencial para o uso do computador‖, havendo quatro possibilidades quanto à classificação de seu uso no ensino: instrução programada, simulações, aprendizagem por descoberta pelo uso de software, pacotes de aplicativos.