ISSN 2176-1396
VIRTUAIS COMO RECURSO DIDÁTICO NO ENSINO DE FÍSICA
Fabiane Aparecida de Souza Soares da Silva1 - IFPR Eixo - Educação, Tecnologia e Comunicação Agência Financiadora: não contou com financiamento
Resumo
Atualmente fazer uso do computador nos locais de ensino é imprescindível para o fortalecimento de uma via sem volta no que diz respeito a uma modernização pedagógica. Este trabalho trata de um relato de atividades planejadas e executadas com alunos do primeiro ano do ensino médio, cujo objetivo foi identificar limites e possibilidades do uso de simuladores de Física para o Ensino de Física, em especial, como atividade experimental. Os softwares utilizados possuem a característica de interatividade, na qual o discente tem a possibilidade de modificar as condições do experimento virtual em questão, através de parâmetros ajustáveis, fazendo com que se sinta inserido no contexto da situação. O conjunto de experimentos virtuais empregados faz parte dos simuladores do programa PHET, desenvolvidos na Universidade do Colorado sitiada na cidade Bouldere, Estados Unidos. As atividades desenvolvidas ocorreram em laboratório de informática com roteiros elaborados que abordavam conteúdos a partir do plano de ensino. Esses simuladores auxiliam na construção do abstrato que envolve o ensino de ciências em geral e mais especificamente no estudo da física. A abordagem dada para a análise dos dados foi qualitativa, tendo ênfase na melhora da qualidade da interação dinâmica entre o sujeito e o objeto em estudo. Como resultado obteve-se melhora nos conceitos bimestrais dos alunos, modernização do ensino de física, tornou mais acessíveis e concretos os conceitos e modelos físicos, ampliando significativamente a compreensão e aplicação de tais conteúdos, garantia de possibilidade de atividade experimental, mesmo em escolas carentes de equipamentos para os alunos, esta forma de trabalho torna mais dinâmica a aprendizagem deles, auxiliando na desmistificação dos conteúdos vistos na disciplina de física. Como docente, esta experiência foi enriquecedora, pois além de apresentar mais uma alternativa que pode contribuir no processo de ensino aprendizagem de física, também permitiu a aproximação aluno professor.
Palavras-chave: Educação. Educandos. Experimento. Física. Simuladores Virtuais.
1 Doutoranda em Educação na Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Docente do Ensino Básico, Técnico e Tecnológico de Física no Instituto Federal do Paraná – Campus União da Vitória. E-mail: fabiane.silva@ifpr.edu.br.
Introdução
Visto que uma das finalidades dos Institutos Federais é a oferta de cursos técnicos integrados ao ensino médio e licenciaturas, como pode ser observado em sua Lei de criação nº 11.892 de 29 de dezembro de 2008, este relato pretende apresentar o resultado de experiência ocorrida em um dos campi do Instituto Federal do Paraná, que buscou proporcionar a preparação de um espaço de apoio às atividades desenvolvidas nos componentes curriculares, direcionadas para as modalidades de cursos supracitados na área de ciências da natureza, promovendo a integração das atividades de pesquisa, ensino e extensão, contribuindo para formação educacional de qualidade dos discentes. Com o objetivo de identificar limites e possibilidades do uso de simuladores de Física para o Ensino de Física, em especial, como atividade experimental, buscou-se para a realização deste intento às novas tecnologias, a partir do uso de simuladores computacionais como atividade Experimental de Física no ensino de Física, capazes de reproduzir algum sistema, seus fenômenos e sensações. Partindo destes pressupostos, se fez uso do computador através de programas educacionais encontrados livremente na rede mundial de computadores.
Os softwares utilizados possuem a característica de interatividade, na qual o discente tem a possibilidade de modificar as condições do experimento virtual em questão, através de parâmetros ajustáveis, fazendo com que se sinta inserido no contexto da situação. O conjunto de experimentos virtuais empregados faz parte dos simuladores do programa PHET, desenvolvidos na Universidade do Colorado sitiada na cidade Bouldere, Estados Unidos.
Com a preparação de relatórios norteadores para cada experimento virtual, o discente tem a oportunidade de vislumbrar a teoria vista em sala de aula em um ambiente de grandezas físicas manipuláveis. Desta forma, este trabalho constitui-se em elemento capaz de operacionalizar a união entre teoria formal, a construção e visualização do abstrato inerente ao ensino de ciências e em especial no estudo da física, contribuindo com uma melhor compreensão do saber por parte dos alunos e da comunidade de forma geral, visto que muito dos temas discutidos pela física, além de interessantes, tem aplicação direta na tecnologia e, portanto essa ciência aplicada vive constantemente no cotidiano, bem como algumas mudanças que ocorrem no planeta Terra, também são explicadas por esta ciência.
A utilização do computador na educação tem como objetivo extrapolar os limites do educar convencional e dar oportunidade às instituições de ensino de renovar a forma de se trabalhar os conteúdos programáticos. O uso da informática na educação viabiliza ao
educando a construção do seu conhecimento, modificando e modernizando o ambiente de ensino num espaço real de interação, de troca de resultados, e adaptando os dados, muitas vezes, abstratos à realidade dos estudantes. Organizar os experimentos virtuais em uma sequência de utilização para atuar de forma paralela com o conteúdo teórico ministrado em sala de aula, fornecendo uma visão geral da física e das ciências exatas e suas interpretações nos fenômenos naturais e suas aplicações tecnológicas.
Neste sentido a intenção de utilizar simuladores como atividade experimental no ensino da Física, vem colaborar com a busca de uma proposta para sanar as dificuldades apresentadas, porque a experimentação permite a visualização do fenômeno apresentado e ainda, a discussão da relação entre as variáveis envolvidas, a percepção dos limites do modelo estudado, e a desmistificação dos símbolos usados.
Referencial Teórico
De forma geral, no ensino a grande dificuldade evidenciada no cotidiano do aprendizado dos estudantes é o fato de se lidar com conceitos abstratos e de difíceis modelagens mentais, por não estarem explícitos no mundo macroscópico que vivemos. A falta de tradução dos fenômenos físicos e do entendimento de como é o fazer ciência, acaba acarretando o desinteresse por esta, bem como pelas ferramentas que ela ocupa.
No estudo da física em particular, têm-se como consequência a falta de relação dos conceitos estudados com a vida real. Por isso a importância do desenvolvimento de pesquisas que buscam alternativas para o rompimento com esta realidade, de acordo com Hestenes (1998, p. 443), “Os métodos tradicionais de ensinar Física são inadequados”. O que corrobora com que afirmam Lawson e McDermott (1987, p. 815), “não serão de admirar falhas na aprendizagem se conceitos complexos e difíceis de visualizar se estes forem apresentados apenas de uma forma verbal ou textual”.
As dificuldades conceituais em Física, apresentadas pelos alunos dos diferentes níveis e modalidades de ensino, vêm sendo discutidas amplamente nas últimas décadas. Dentre as inúmeras dificuldades que o ensino de Física no país apresenta, algumas que têm sido apontadas pela literatura, como em Moreira (2014) são de inadequadas condições materiais e de infraestrutura, o desinteresse e a falta de envolvimento dos alunos no processo de ensino aprendizagem, a aparente incapacidade de incorporar processos pedagógicos menos centrados no professor, em utilizar recursos promotores de uma maior participação e autonomia dos
alunos, pela sua especificidade e diversidade de conteúdos, uma das ferramentas de estudo no ensino de Ciências, em especial física, é a experimentação. Há algumas décadas atrás, no entanto, as atividades experimentais eram pouco abordadas pelos livros didáticos. Atualmente, em função de ser um dos itens incluídos para seleção de livros didáticos de acordo com o Programa Nacional do Livro Didático (Brasil, 2007), a experimentação tem sido incluída na maioria dos livros de Ciências. Apesar disto, o uso de aulas práticas não tem sido corriqueiro pela maioria dos professores que atuam na rede básica de ensino fator reforçada por Galiazzi (2001).
De acordo com Borges (2002), a maneira como os experimentos de Ciências, no caso de física, têm sido utilizados deve ser revista. O autor defende a ideia de que deve haver uma mudança de foco nesta atividade, para que as atividades práticas não fiquem limitadas a simples manipulação de grandezas físicas com a simples realização de medidas. As práticas devem se aproximar mais do fazer ciência.
Vale ressaltar que as atividades experimentais que estão sendo discutidas aqui tratam dos experimentos virtuais possíveis de realizar com os simuladores, os quais:
Refletem sobre as facilidades provenientes do uso de computadores, (que estes) podem permitir aos estudantes repetir diversas vezes os experimentos e, assim, questionar os limites de validade dos modelos físicos utilizados e dos fatores e parâmetros envolvidos nos fenômenos abordados, contribuindo para o desenvolvimento do pensamento crítico e criativo, aproximando ainda os estudantes de uma ferramenta cada vez mais presente em seu cotidiano (ARAÚJO & ABIB, 2003 p.186).
Se a educação científica objetiva ajudar os jovens a lidar com os argumentos produzidos pela “ciência do fazer”, a educação científica deve dar acesso a essas formas de argumentação através da promoção de atividades adequadas na aula e associadas a práticas discursivas, removendo “barreiras para aprendizagem e para a participação” (CARVALHO, 2007 p. 81).
Proporcionar alternativas que possam ajudar a diminuir as dificuldades no ensino das exatas é também responsabilidade dos docentes, para tanto o computador como ferramenta educacional, passa a ser uma ótima alternativa visto que é uma forma atrativa e de fácil acesso, pois “a necessidade de diversificar métodos de ensino para contrariar o insucesso escolar ajudou ao uso crescente do computador no ensino de Física” (FIOLHAIS; TRINDADE, 2003, p. 260).
Metodologia
Esta é uma proposta cuja natureza é aplicada tal como descrito por Barros e Lehfeld (2000, p. 78), pois objetiva gerar conhecimento para aplicação prática nos cursos do IFPR. A abordagem dada à pesquisa será qualitativa, pois tem ênfase na melhora da qualidade da interação dinâmica entre o sujeito e o objeto em estudo. Corroborando com que evidencia Appolinário (2004, p. 152), de que pesquisas aplicadas, objetiva “resolver problemas ou necessidades concretas e imediatas”. Desta forma, pretendeu-se analisar nessa experiência, entender melhor, como ocorre a interação didática- pedagógica entre o conteúdo abstrato, educando e o experimento virtual, buscando avanços na educação das ciências exatas com o uso de “novas” tecnologias da educação.
As simulações virtuais desenvolvidas na Phet (PHET, 2015) inicialmente eram focadas para as simulações de Física, e foi por isso chamado de *Ph*ysics (Física)
*E*ducation (Educação) *T*echnology (Tecnologia), ou *PHET*. Quando se ramificou para a química, biologia, matemática e outras áreas, os criadores do projeto decidiram manter o nome. Todas as simulações são de código aberto e tem como finalidade assessorar o aprendizado na busca de uma eficácia educacional. No site dos simuladores Phet, existem vários roteiros preparados por diversos professores e pesquisadores do mundo todo que os enviaram em forma de colaboração, para uso público. Existem roteiros para os níveis de ensino, desde o fundamental até a graduação. Entretanto, os roteiros que se encontram no site fogem de forma acentuada da realidade da compreensão de grande parte dos alunos que encontramos em sala de aula no Brasil, em particular do Instituto Federal do Paraná. Nesse sentido, esse relato é fruto de uma experiência possibilitada a partir de um projeto que busca estudar o conteúdo desses softwares educativos específicos para o ensino de ciências Phet e preparar roteiros para cada simulação, que irão ancorar ações tal como a implantação de um laboratório virtual didático.
Para a confecção de cada relatório, após a escolha do simulador a ser usado, foi realizada uma pesquisa bibliográfica para levantar toda a teórica sobre os conceitos envolvidos, procurando identificar as potencialidades acerca da visualização, manipulação e comprovação das teorias da física que os discentes viram de forma conceitual em sala de aula. O relatório foi confeccionado em forma de um roteiro de procedimentos, no qual os alunos se auto dirigem durante toda atividade executando os comandos pré-determinados, fazendo suas observações e anotando-as e finalmente respondendo às questões através de suas conclusões.
Para realizar os ajustes, o relatório foi executado várias vezes por alunos e professores voluntários, a fim de minimizar possíveis equívocos, os principais fatores verificados e corrigidos foram: clareza nos procedimentos, funcionalidade do simulador, compreensão da situação simulada e visualização da teoria através do software. O primeiro relatório pronto, apresentado na figura 4, foi aplicado, em um laboratório de informática, para uma turma de técnico em informática integrado ao ensino médio do IFPR. A parte teórica contemplada nesse relatório foi direcionada para os conceitos sobre a 1ª e 2ª Leis de Newton com e sem a presença do atrito, envolvendo de forma geral os conceitos de vetor e força resultante. O simulador para abordar esses conceitos intitula-se Forces and Motion Basics onde sua interface gráfica é mostrada na figura 1.
Figura 1- Interface gráfica do simulador Forces and Motion Basics.
Fonte: PHET- Mecânica
Na figura 1 é mostrado quatro abas dentro do mesmo simulador que retratam situações distintas respectivamente a se saber: o quadro A cabo de guerra envolvendo o conceito de vetores, o quadro B movimento sem atrito envolvendo a 1ª Lei de Newton, o quadro C movimento com atrito envolvendo as duas leis de Newton, e o quadro D movimento acelerado.
Resultados e discussões
No IFPR o resultado das avaliações realizadas pelos alunos, é representado por conceitos que vão de D insuficiente até A aprendizagem plena, formando a escala crescente D, C, B e A. No primeiro bimestre os conteúdos vistos pela turma foram ministrados de forma teórica e os conceitos obtidos pelos alunos são mostrados no gráfico da figura 2.
Figura 2- Gráfico de conceitos dos estudantes no 1º bimestre.
Fonte: SIGAA - Sistema Integrado de Gestão de Atividades Acadêmicas no semestre 01/2016.
No segundo bimestre antecedendo a primeira avaliação, os alunos realizaram um experimento virtual, a partir da execução de procedimentos e preenchimento de relatório exploratório, tendo a oportunidade de vislumbrar o conteúdo visto em sala, abrindo possíveis elos entre o conceito formal e a formulação do abstrato para as situações apresentadas na teoria. Após a aplicação o experimento via simulador foi aplicado um questionário com os alunos participantes com respostas fechadas do tipo, excelente, bom, regular e Ruim, onde se levantou as seguintes questões: 1) O simulador auxiliou no aprendizado da teoria relacionada? 2) conseguiu visualizar a relação entre a teoria vista em sala de aula e o experimento apresentado no simulador? 3) como considera o nível das questões apresentadas no relatório? Os alunos consideram entre excelente e bom para as questões 1,2 e 3 respectivamente, 77,5%, 67,5% e 75%.
Após a atividade com o simulador junto aos alunos foram realizadas as avaliações teóricas. Os dados dos conceitos obtidos pelos alunos são mostrados no gráfico da figura 3, de onde obtemos as seguintes informações estatísticas a respeito do 2º bimestre, após a utilização do experimento virtual pela turma de informática integrado ao ensino médio:
0,00% com conceito insuficiente (D), 20,00% com conceito suficiente (C), 60,00% com conceito parcialmente pleno (B) e 20,00% com conceito pleno (A).
Figura 3- Gráfico de conceitos dos estudantes no 2º bimestre.
Fonte: SIGAA - Sistema Integrado de Gestão de Atividades Acadêmicas no semestre 02/2016.
Pode-se concluir assim que, no primeiro momento essa ferramenta pedagógica apresenta ser de fato uma boa alternativa na visualização e construção do abstrato essencial para o entendimento do ensino de ciências e em especial no estudo da física.
Considerações Finais
Esta experiência permitiu verificar que a utilização de simuladores na educação, neste caso em especial para o ensino de física, pode contribuir pelo menos de três formas diferenciadas: na modernização do ensino de física, com a efetiva utilização do computador como uma ferramenta didático pedagógica, com objetivos de ensino e procedimentos detalhados para o seu uso no auxilio do processo de ensino aprendizagem. Com atividades planejadas e abordagens adequadas, o uso de softwares contribui junto à aprendizagem dos alunos, tornando mais acessíveis e concretos os conceitos e modelos físicos, ampliando significativamente a compreensão e aplicação de tais conteúdos no cotidiano dos estudantes. Outra questão trata da infraestrutura necessária para a implementação das atividades, hoje em dia, é um pouco difícil às escolas possuírem laboratório de física ou multidisciplinar com todo tipo de equipamento necessário que permita a realização de todo leque possível de experimentos do conteúdo de física, sejam de física clássica ou moderna. Seja por conta do
auto custo dos equipamentos ou por falta de espaço. Neste sentido, apesar desta experiência ter ocorrido no IFPR, hoje em dia praticamente todas as escolas possuem laboratório de informática, facilitando a implementação do laboratório virtual, contando também com o fato do baixo custo necessário para a aplicação dos simuladores. Para os alunos, esta forma de trabalho torna mais dinâmica a aprendizagem deles, auxiliando na desmistificação dos conteúdos vistos na disciplina de física. Como docente esta experiência foi enriquecedora, pois além de apresentar como mais uma alternativa que pode contribuir no processo de ensino aprendizagem, também permitiu a aproximação aluno professor.
Figura 4- Relatório aplicado do simulador Forces and Motion Basics.
Fonte: Arquivo da autora.
Figura 4- Continuação: Relatório aplicado do simulador Forces and Motion Basics.
Fonte: Arquivo da autora.
REFERÊNCIAS
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