Simulação Computacional

“O recurso a simulações computacionais, salvaguardadas as devidas limitações e descritas as diferenças com o real, pode ser um modo de representar os sistemas e a sua evolução e assim, diminuir a abstração necessária para compreender os conteúdos.” João Paiva & Carla Morais

A proliferação de computadores nas salas de aula, a grande variedade de simulações computacionais de elevado rigor científico e o seu fácil acesso tem contribuído para que muitos investigadores, no âmbito de dissertações de mestrado e doutoramento, levassem a cabo estudos sobre o impacto da utilização de simulações computacionais, usando software educativo.

De uma forma geral, advoga-se para os benefícios das simulações computacionais, como complemento à realização de atividades experimentais. Porém, escasseiam ainda estudos que relatem a forma como devem ser exploradas as simulações computacionais, conducente a uma melhoria das aprendizagens significativas (Rutten et al., 2012).

A exploração das simulações computacionais em aula torna o aluno como um agente ativo e responsável pelas suas aprendizagens, pois proporciona um ensino interativo e se o professor privilegiar a ideias defendidas por Ausubel, poderá ainda potenciar uma mudança conceptual.

Para além disso, as simulações computacionais permitem diversificar as metodologias de ensino e aprendizagem e auxiliar os alunos que sentem que a falta de bases de Matemática condiciona o seu aproveitamento escolar na área da Física:

“A modelagem computacional aplicada a problemas de Física transfere para os computadores a tarefa de realizar cálculos – numéricos e/ou algébricos – deixando o físico ou o estudante de Física com maior tempo para pensar nas hipóteses assumidas, na interpretação das soluções, no contexto de validade dos modelos e nas possíveis generalizações/expansões do modelo que possam ser realizadas.” (Araújo, 2005).

As simulações computacionais poderão ser bastante úteis, principalmente quando a experiência laboratorial apresenta alguns constrangimentos:

 Impossível de ser reproduzida na aula (por exemplo, a descida de um astronauta na Lua, reações nucleares, fenómenos astronómicos – Russel, 2001).

 Não oferece condições de segurança (algumas experiências de Física podem acarretar elevados riscos elétricos, que não devem ser descurados).

 Não apresenta uma duração adequada para a sua realização e discussão na sala de aula (Medeiros e Medeiros, 2002).

 Exige a aquisição de equipamento(s) de laboratório muito dispendioso(s) (Carvalho et al., 2012).

Embora seja claro o inegável potencial das simulações computacionais, o professor terá de ter a noção que em determinadas situações estas podem trazer “ruído” para o processo de ensino e aprendizagem da Física e distorcer a justificação dos fenómenos científicos. Na verdade, um sistema real é extremamente complexo e a construção da grande maioria das simulações baseia-se num modelo altamente simplificado, que deturpa determinados fenómenos físicos. Esta ideia é defendida por Medeiros e Medeiros (2002), ao afirmarem que:

“Uma animação não é, jamais, uma cópia fiel do real. Toda animação, toda simulação está baseada em uma modelagem do real. Se essa modelagem não estiver clara para professor e educando, se os limites de validade do modelo não forem tornados explícitos, os danos potenciais que podem ser causados por tais simulações são enormes. Tais danos tornar-se-ão ainda maiores se o modelo contiver erros grosseiros.”

Conscientes destas reais limitações, caberá ao professor a tarefa de seleção da(s) simulação(ões) que apresente(m) um modelo físico ilustrativo do fenómeno e que permita ao aluno compreender os conceitos, para que este consiga estabelecer relações cientificamente corretas (Fiolhais e Trindade, 2003).

Uma boa simulação computacional deve obedecer ao modelo dos três A´s, tal como defendido por Redish (2001) e citado por Carvalho et al. (2012). A figura 7 ilustra esses requisitos que podem auxiliar o professor na seleção da simulação computacional.

Figura 7 – Características de uma simulação computacional (Modelo dos 3 A´s). (Carvalho et al., 2012)

Podemos encontrar diversas fontes de experiências virtuais para o ensino da Física, das quais destacamos o projeto PHET (http://phet.colorado.edu/pt/), as Physlets

(www.fc.up.pt/physletspt/ebook), a Casa das Ciências (www.casadasciencias.org), o

portal Mocho (www.mocho.pt), o projeto Open Source Physics (OSP) e o software

Modellus (http://modellus.co/index.php?lang=pt) e Easy Java/ JavaScript Simulations (http://fem.um.es/Ejs/).

As simulações computacionais podem ser classificadas em duas categorias: i) demonstrativas e ii) investigativas (Carvalho et al., 2012). Nas primeiras o utilizador não tem a possibilidade de alterar as variáveis e servem para ilustrar a evolução temporal de um fenómeno físico. A figura 8 retrata um exemplo de uma simulação demonstrativa, em que o aluno se poderá familiarizar com os fenómenos elétricos.

Figura 8 – Exemplo de uma simulação demonstrativa. (http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/balloons)

Nas simulações investigativas, o utilizador poderá alterar as variáveis, permitindo que o aluno consiga estabelecer relações entre elas. Neste caso, o aluno terá maior liberdade para desenvolver o espírito critico e consequentemente, o nível de interação será superior.

A figura 9 ilustra um exemplo de uma simulação investigativa, em que, fazendo deslizar os cursores, o aluno pode estabelecer a relação entre as grandezas físicas: resistência elétrica, tensão e corrente elétrica.

Figura 9 – Exemplo de uma simulação investigativa (http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/ohms-law)

As simulações computacionais, sejam elas de caráter demonstrativo ou investigativo, devem desenrolar-se nos três seguintes momentos pedagógicos (Delizoicov e Angotti, 1994):

 Problematização inicial – apresentam-se questões desafio para discussão prévia entre pares e registam-se as previsões. Esta etapa tem por objetivo motivar o aluno, mas acima de tudo contribuir para que este consiga estabelecer relações entre os conteúdos científicos e os fenómenos do dia-a- dia que tem dificuldade de interpretar.

 Organização do conhecimento - o professor sugere uma orientação metodológica de exploração da simulação, recorrendo a um roteiro, para que o aluno consiga dar resposta às questões inicialmente lançadas e apresente eventuais dúvidas.

 Aplicação do conhecimento – neste momento o aluno terá a capacidade de aplicar o conhecimento adquirido a outras situações do dia-a-dia.

Segundo aqueles autores, este momento

“Destina-se, sobretudo, a abordar sistematicamente o conhecimento que vem sendo incorporado pelo aluno para analisar e interpretar tanto as situações iniciais que determinam o seu estudo, como outras situações que não estejam diretamente ligadas ao motivo inicial, mas que são explicadas pelo mesmo conhecimento.”

Estes três momentos pedagógicos encerram uma oportunidade para que o aluno, de forma interativa e colaborativa, discuta criticamente as suas previsões/observações/ conclusões, com vista à (re)construção de saberes científicos.

Atualmente, os professores têm à sua disposição uma grande diversidade de simulações computacionais, em diversas plataformas informáticas: flash, java,

javascript, HTML5, etc. Algumas destas simulações correm a partir do próprio

computador, outras necessitam de uma ligação à internet. O professor deve, assim, decidir qual o recurso que melhor de adequa às condições da sua escola e dos seus alunos. Todavia, o mais importante é que ele encare as simulações como mais uma ferramenta para o ensino e aprendizagem e não como um meio em si mesmo que garante o sucesso. A forma como esse recurso educativo é aproveitado dentro e/ ou fora da sala de aulas, é a chave do sucesso educativo e deve, assim, ser o grande motivo de reflexão de qualquer docente.