O software modellus

O software Modellus é estruturado na linguagem de programação C++, para ser utilizado em atividades off-line5_{. O software de modelagem Modellus}6 _{(objeto de}

investigação desse trabalho) exige que os usuários (alunos e professores) descrevam os modelos físicos analisados pelo uso de modelos matemáticos diversos, definidos a partir de funções de 1º e 2º graus ou a partir de derivadas, taxas de variação e equações diferenciais, todas escritas de forma direta (com exceção das equações diferenciais), ou seja, como se escreve no caderno, dispensando uma codificação de linguagem de programação.

O Modellus pode ser integrado em qualquer curso elementar de matemática ou ciências físicas ou em qualquer curso avançado que faça uso de funções, equações diferenciais, e interações.

Para Veit e Teodoro (2002), o Modellus é uma ferramenta cognitiva capaz de auxiliar a internalização de conhecimento simbólico, preferencialmente em contexto de atividades de grupo e de classe, em que a discussão, a conjetura e o teste de idéias sejam atividades dominantes, em oposição ao ensino direto por parte do professor.

Ressalta os autores que deve haver um pré-conhecimento relevante sobre a situação a ser investigada para que a aprendizagem ocorra.

Ao usuário é permitido fazer e refazer representações das situações- problemas explorando-as sobre as mais diversas perspectivas. Os mesmos autores, exemplificam a utilização deste software em diversas situações-problemas de Física,

5 _{Na versão Java atual, Modellus 4, pode ser executado tanto no Windows quanto no Linux, sem necessidade de} instalação

tais como: segunda lei de Newton; movimento oscilatório unidimensional e para o movimento planetário.

Modellus apresenta também uma representação múltipla, pois pode fornecer os resultados para as simulações envolvidas através de gráficos, tabelas e animações comparativas, desde que o manipulador do programa tenha conhecimento de como aproveitar os recursos disponíveis do software adequando- os as situações investigadas. Nesse software se pode analisar dados a partir de imagens (fotografias e gráficos em formato BMP ou GIF) e vídeos (formato AVI).

Os usuários podem selecionar da biblioteca desse software, modelos prontos na biblioteca do programa ou ainda acessá-los pela Web. Para abordagem de atividades de exploração, se pode personalizar modelos existentes para satisfazer necessidades específicas do currículo, criando coleções de modelos reutilizáveis, propiciando uma tecnologia poderosa para o aprendizado de matemática e ciências.

Segundo análise feita nos trabalhos de Araujo e Veit (2002), Veit e Teodoro (2002) e Tavares (2003), se constata que a prática metodológica com o uso do software Modellus, ocorreu só após o conteúdo do assunto investigado (Cinemática) ter sido anteriormente visto pelos alunos sem o auxílio do computador. Porém, não se observa como foi desenvolvido o trabalho aos alunos do grupo de controle, apenas que estes alunos não fizeram uso do software Modellus.

O software Modellus possui uma interface amigável, já que dispensa os alunos de terem que aprender de início uma linguagem de programação para depois iniciar as simulações. Ao aluno é dada a chance de modelar situações-problema de Física de maneira direta.

Por exemplo, ao aprender a função horária da posição de um móvel,

t v x

x 0  . , o aluno pode escrevê-la ou utilizá-la da mesma forma na área de

trabalho do software. Esse fato aproxima consideravelmente o programa do aluno que, ao fazer uso direto de funções de uma situação-problema específica, pode por exemplo, investigar quase que instantaneamente, as conseqüências das mudanças feitas nos parâmetros dessas funções pela associação dessas alterações a observação do comportamento do movimento de uma partícula.

Modellus apresenta também uma representação múltipla de uma situação-

comparativas próximas do real, facilitando a maneira como o problema passa a ser interpretado pelo aluno.

Pela mudança dos parâmetros do problema em análise e pela exploração de novos valores dos parâmetros, o aluno pode obter conclusões favoráveis ao entendimento das Leis e princípios que regem um fenômeno em estudo, desde que orientados pelo mestre.

O software Modellus é distribuído gratuitamente pela Internet (http://phoenix.sce.fct.unl.pt/modellus/) em vários idiomas, incluindo o português, no qual logo

após a sua criação (TEODORO et al ,1997) o software obteve reconhecimento internacional7 , sendo também o finalista da SPA (US Software Publishers Association) em 1998.

Figura1. Endereço eletrônico do software Modellus

Fonte: (Autor, 2008)

Para Veit e Teodoro (2002) o Modellus favorece a exploração e a criação de múltiplas representações de fenômenos físicos e de objetos matemáticos no

7_{Vencedor em 1996 como Software Contest of the Journal Computer in Physics, promovido pela “American} Physical Society”; 1º prêmio da Categoria de Ciência do Concurso Nacional de Software Microsoft, 1998, em Lisboa, Portugal.

processo de ensino-aprendizagem de Física, por permitir que haja: a criação e exploração de múltiplas representações de modelos de situações-problemas; a análise da qualidade dos modelos; o reforço do pensamento visual, sem memorização dos aspectos de representação formal, através de equações e outros processos formais; a abordagem de forma integrada dos fenômenos naturais, ou simplesmente representações formais; o trabalho individual e em classe, em que a discussão, a conjetura e o teste de idéias são atividades dominantes.

Os alunos devem ser intuitivamente estimulados a formar e desenvolver seu pensamento sobre determinadas matérias cientificas que poderão ser simuladas desde que orientadas por preocupações pedagógicas através do professor. Isso pode ser feito pelos alunos numa fase inicial de aprendizagem das matérias, que se faz pelo primeiro contato mais crítico com os fenômenos da ciência, pois não há a necessidade de dominar o formalismo matemático para explorar uma determinada simulação de um fenômeno observado na natureza.

Porém, se apenas equações já prontas são fornecidas como modelos da realidade na qual os estudantes estão inseridos, os mesmos serão colocados numa situação onde nada em suas idéias comuns seja parecido ou reconhecido por eles como Física.

É nesta perspectiva sobre o processo de aprendizagem que se fundamenta o software Modellus, pois o mesmo é uma ferramenta cognitiva que auxilia a internalização de conhecimento simbólico, preferencialmente em contexto de atividades de grupo e de classe, em que a discussão, a conjectura e o teste de idéias, são atividades dominantes por oposição ao ensino direto por parte do professor (TEODORO, 2002). Segundo esse autor deve haver necessariamente um conhecimento prévio sobre o assunto a ser explorado no software, pois a aquisição de conhecimentos e capacidades é um processo lento e contextual que depende desse conhecimento prévio e de estruturas cognitivas.

Sendo o conhecimento cientifico limitado devido a sua representação da natureza das coisas do mundo real e não da discussão das coisas em si, o usuário através do software Modellus, defende Teodoro (2002), pode refazer essas representações, explorando-as sobre as mais diversas perspectivas, o que facilita a familiarização com essas representações.

A resolução de problemas por simulação deve ser vista como uma importante estratégia de ensino, particularmente para a Física.

Quando os alunos estão diante de situações-problema novas e podem através da simulação detectar seus erros durante o estudo de um fenômeno, passam a buscar novas alternativas, por exemplo, pela modificação dos parâmetros que controlam a situação-problema investigada, desta forma, desenvolvendo seu raciocínio e ampliando sua capacidade de comunicação e argumentação.

A análise dos resultados obtidos nas simulações no Modellus, pela alteração dos parâmetros, é inesgotável, possibilitando ao aluno alterá-los quantas vezes julgar necessário para compreensão do fenômeno em estudo durante as aulas em que faz uso do programa, desde que com a orientação e supervisão do professor.

A manipulação de situações-problema em softwares computacionais como o Modellus, torna o estudante capaz de desenvolver diferentes e concomitantes formas de percepção qualitativa e quantitativa, de manuseio, de observação, de confronto, de dúvida, de construção conceitual.

Faz também, o aluno tomar dados significativos, com os quais possa propor ou verificar hipóteses explicativas e, preferencialmente, fazer previsões sobre simulações (experiências) ainda não realizadas.

Segundo Teodoro (1998), a eficiência do uso do software Modellus no processo de ensino-aprendizagem se orienta por cinco princípios:

1. Começar onde o aluno está;

2. Promover o processamento ativo e a descoberta;

3. Usar modelos matemáticos e representações apropriadas; 4. Usar simulações;

5. Fornecer um ambiente de suporte.

Seguimos nessa pesquisa esses princípios na elaboração das aulas que fariam uso do Modellus. Também elaboramos um guia de estudo que foi usado junto as aulas de Cinemática e Dinâmica com o software Modellus pelos alunos da turma A. Em sua pesquisa com o Modellus, Teodoro (1998), constatou que se torna indispensável um mínimo de conhecimento prévio pelos alunos sobre o assunto a ser estudado numa aula.

Teodoro (1998) investigou dois grupos de alunos do Ensino Superior norteando-se pelas seguintes hipóteses:

1. Pode os alunos criarem modelos para animações de situações- problemas?

2. Os alunos concordam que o Modellus pode promover uma abordagem mais integrada entre a Física e a Matemática?

3. Os alunos concordam que o Modellus pode ajudá-los a trabalhar mais concretamente com situações-problemas investigadas?

4. Quais as diferenças que os alunos identificam quando resolvem problemas com e sem o auxílio do Modellus?

A figura 2, resume em forma de mapa conceitual as características do software Modellus.

Figura 2 - Ilustração das características do Modellus

As hipóteses levantadas por Teodoro(1998), serviram como apoio a metodologia empregada nesse trabalho quanto a:

i) verificação das diferenças no ganho de aprendizado dos alunos quando confrontamos os resultados da análise de dois testes de múltipla escolha dos que usaram ou não o Modellus. A hipótese que nos forneceu essa idéia foi a de número 4;

ii) verificação das dificuldades apresentadas pelos alunos durante as aulas que envolveram simulações de fenômenos específicos de Cinemática e Dinâmica. Nesse procedimento fizemos uso de um diário de bordo para que também subsidiasse detalhes das aulas que poderiam ser analisados sobre a óptica da aprendizagem significativa de Ausubel (1980) e/ou das concepções alternativas errôneas dos alunos, segundo as idéias de Mortimer (2000) e Pozo (1998). A hipótese que norteou essa idéia foi a de número 3;