UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
APRENDIZAGEM DE CONCEITOS E DESENVOLVIMENTO
DE COMPETÊNCIAS COM TRABALHO EXPERIMENTAL E
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Dissertação de Mestrado em Ensino de Física e de Química no 3.º Ciclo do
Ensino Básico e no Ensino Secundário
Rui André Pereira Ribeiro
Orientadora: Prof.ª Doutora Cristina Maria Correia Marques Coorientador: Prof. Doutor José Paulo Cerdeira Cleto Cravino
UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
APRENDIZAGEM DE CONCEITOS E DESENVOLVIMENTO
DE COMPETÊNCIAS COM TRABALHO EXPERIMENTAL E
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Dissertação de Mestrado em Ensino de Física e de Química no 3.º Ciclo do
Ensino Básico e no Ensino Secundário
Rui André Pereira Ribeiro
Orientadora: Prof.ª Doutora Cristina Maria Correia Marques Coorientador: Prof. Doutor José Paulo Cerdeira Cleto Cravino
Composição do júri:
Presidente Doutora Sandra Celina Fernandes Fonseca Vogais Doutora Ana Cristina Hurtado de Matos Coelho
Doutor José Paulo Cerdeira Cleto Cravino
APRENDIZAGEM DE CONCEITOS E
DESENVOLVIMENTO DE COMPETÊNCIAS COM
TRABALHO EXPERIMENTAL E SIMULAÇÃO
COMPUTACIONAL
Relatório de Estágio de Mestrado apresentado à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção de grau de Mestre em Ensino de Física e de Química no 3º Ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário sob a orientação científica da Prof.ª Doutora Cristina Maria Correia Marques e do Prof. Doutor José Paulo Cerdeira Cleto Cravino.
RUI ANDRÉ PEREIRA RIBEIRO
Agradecimentos
É com muita satisfação que dedico este espaço a todos os intervenientes, que de certa forma, contribuíram para a realização deste trabalho. Os meus sinceros agradecimentos:
À orientadora da tese, Professora Cristina Marques, todas as orientações e contributos, a disponibilidade e a confiança depositada. A compreensão e o apoio prestado em todas as fases deste trabalho.
Ao coorientador, Professor José Cravino, pela confiança, a disponibilidade e o apoio prestado ao longo de todo o mestrado. Mas também, o incentivo, o tempo despendido nas proveitosas discussões, os comentários e as sugestões.
À professora de estágio, Ana Edite Cunha, reconheço as palavras de amizade, de confiança e de estímulo. A disponibilidade de ensinar, a capacidade de motivar e partilha de ideias. Por todo o apoio e incentivo a cada momento.
O meu reconhecimento sincero a todos os alunos das turmas de estágio da Escola Secundária S. Pedro - Vila Real que contribuíram para a concretização deste tema.
Às colegas de estágio, Alexandra e Cristina, pela cooperação, a partilha de ideias, a compreensão e amizade.
À minha esposa, Anabela, por toda a paciência em momentos mais difíceis, por toda a ajuda a ultrapassar todas as dificuldades, e incentivando-me a fazer mais e melhor para a concretização deste trabalho. Agradeço todo o apoio, empenho e esforço.
À minha filha Inês, que me
inspirou a fazer mais e melhor.
iii
Resumo
A utilização das novas tecnologias em sala de aula tem-se tornado num tema com bastante relevância no universo educativo. O processo de introdução destes novos recursos, que parecem ser bem aceites pelos alunos, requer por parte dos professores algum cuidado na forma como os usam em sala de aula.
Com o presente estudo pretende-se conhecer em que medida a utilização de simulações computacionais, como apoio às atividades experimentais, pode promover melhores aprendizagens e desenvolvimento de competências nos alunos. Para tal, foram usadas duas simulações computacionais, disponibilizadas gratuitamente na internet, como complemento às atividades experimentais de Física e de Química, em duas turmas do 11º ano de escolaridade.
Após a utilização destas ferramentas no apoio às aulas experimentais, procedeu-se à análiprocedeu-se (i) dos registos feitos pelos alunos durante a utilização da simulação, (ii) da opinião dos alunos sobre o modo como a simulação foi inserida no contexto de sala de aula, (iii) dos resultados obtidos nos relatórios das atividades experimentais que foram complementadas com as simulações computacionais e (iv) dos resultados obtidos nas questões do teste de avaliação cujo tema tinha sido abordado com cada simulação computacional.
De um modo geral, os alunos valorizaram e sentiram-se motivados com a introdução das TIC na sala de aula, levando-os a um maior empenhamento nas tarefas propostas pelo professor. Este tipo de atitudes conduziu a bons resultados por parte dos alunos, tanto nos relatórios das atividades experimentais, como nas questões dos testes de avaliação.
Assim sendo, os resultados obtidos sugerem que a simulação computacional como apoio às atividades experimentais é uma ferramenta a ter em conta pelos intervenientes nos processos de ensino e de aprendizagem. Estas ferramentas proporcionam aulas atrativas, promovem o interesse e a dedicação por parte dos alunos, mas também beneficiam a aprendizagem de conceitos por parte dos mesmos.
Por outro lado, o presente trabalho também proporcionou ao professor estagiário uma reflexão sobre o seu desempenho e evolução ao longo do estágio e uma nova experiência com o modo de ensinar, pois a utilização de simulações computacionais no apoio às aulas experimentais, que à partida parece simples, carece de bastantes cuidados
iv
por parte dos professores, na medida em que pode conduzir a situações completamente diferentes das esperadas inicialmente.
Palavras-chave: Física, Química, Ensino, Aprendizagem, Trabalho Experimental, Simulações Computacionais, Lançamento Horizontal, Oxidação-redução.
v
Abstract
The use of new technologies in the classroom has become a very relevant topic in the education. The introduction of these new resources, which seem to be well accepted by the students, requires some care from teachers in how they use them in the classroom.
The present study aims to understand to what extent the use of computer simulations, to support experimental activities, can promote better learning and development of students’ skills. To this end, we used two computer simulations, freely available on the internet, as complements to experimental activities in Physics and Chemistry, in two 11th grade classes.
After using these tools to support experimental lessons, we analyzed (i) the records made by students during the use of the simulation, (ii) the students' opinions on how the simulations were used in the context of the classroom, (iii) the results students obtained in the reports of the experimental activities that were supplemented with the computer simulations, and (iv) the results that students obtained in the questions on the formal assessment test, regarding the topics of each computer simulation.
In general, the students appreciated and felt motivated with the introduction of ICT in the classroom, leading them to greater engagement in the tasks proposed by the teacher. These attitudes led students to good results, both in the reports of experimental activities, as well as in the questions in the formal assessment tests.
The results suggest that using computer simulations to support experimental activities should be taken into account by the stakeholders in the processes of teaching and learning, since they can make lessons attractive, promote students’ interest and engagement, and also benefit conceptual learning.
Moreover, this work also promoted the reflection of the trainee teacher about his own performance and progress and opportunities to experience new ways of teaching, because the use of computer simulations in support of experimental classes, which at first seems simple enough, requires that teachers take a lot of care, since it can lead to situations completely different from initially expected.
Keywords: Physics, Chemistry, Teaching, Learning, Experimental Work, Computer Simulation, Horizontal Launch, Oxidation-reduction.
vi
Índice Geral
1. Introdução
12. Fundamentação teórica
2.1. O Ensino das Ciências Físicas e Naturais 3
2.2. O Trabalho Experimental (TE) no Ensino das Ciências 5 2.3. As Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) no Ensino 10
2.3.1. A internet na Educação 14
2.4. A Simulação Computacional no Ensino da Física e da Química 17
3. Desenvolvimento do Trabalho
3.1. Enquadramento das atividades 25
3.2. Trabalho desenvolvido 29
3.2.1. A simulação computacional de Física 29
3.2.2. A aula de Física 31
3.2.3. A simulação computacional de Química 32
3.2.4. A aula de Química 34
4. Resultados e análise de resultados
4.1. Parte I - Física 36
4.1.1. Exploração da simulação pelos alunos 36
4.1.2. Opinião dos alunos sobre a utilização da simulação e desempenho do professor
39
4.1.3. Resultados obtidos no teste de avaliação 42
4.1.4. Resultados obtidos no relatório 44
4.2. Parte II - Química 45
4.2.1. Exploração da simulação pelos alunos 45
4.2.2. Opinião dos alunos sobre a utilização da simulação e desempenho do professor
vii
4.2.3. Resultados obtidos no teste de avaliação 49
4.2.4. Resultados obtidos no relatório 50
5. Conclusões do estudo
526. Considerações Finais
55viii
Índice de figuras e tabelas e gráficos
Capítulo Descrição Página
3
Tabela 1: Atividades experimentais a realizar no 11º de
escolaridade. 25
Tabela 2: Objeto de ensino e simulações utilizadas nas
atividades experimentais. 26
Figura 3.1 - Folha de apresentação do PhET. 29
Figura 3.2 - Rosto da simulação utilizada na aula de Física. 30 Figura 3.3 - Disposição da sala de aula para a atividade
experimental de Física. 31
Figura 3. 4 - Rosto da simulação utilizada na aula de Química. 32 Figura 3. 5 – a) Página inicial da atividade 4. b) Observação à
escala molecular no caso do ferro (Fe) mergulhado numa solução aquosa de HCl.
33 Figura 3. 6 – a) Página de apresentação da atividade 1. b)
Página de apresentação da atividade 2. c) Página de apresentação da atividade 3. d) Observação à escala molecular no caso do metal ferro (Fe) mergulhado numa solução de nitrato de níquel (Ni(NO3)2).
34
Figura 3. 7 - Disposição da sala de aula para a atividade
experimental de Química. 35
4
Figura 4. 1 - Questão do relatório onde era solicitada a utilização
da simulação computacional. 36
Figura 4. 2 – Registo de resultados obtidos por um grupo (A). 37 Figura 4. 3 – Registo de resultados obtidos por um grupo (B). 38 Figura 4. 4 – Registo de resultados obtidos por um grupo (C). 39 Gráfico 1 – Opinião dos alunos da turma 11º D a algumas das
questões apresentadas. 41
Tabela 3 – Sugestões mencionadas pelos alunos do 11º D. 42 Figura 4. 5 – 1ª questão colocada no teste de avaliação sobre o
tema “Lançamento horizontal de projéteis considerando a resistência do ar desprezável”.
43 Figura 4. 6 – 2ª questão colocada no teste de avaliação sobre o
tema “Lançamento horizontal de projéteis considerando a resistência do ar desprezável”.
43 Figura 4. 7 – Questão do guião de trabalho experimental de
Física. 44
Tabela 4 – Resultados obtidos nos relatórios do 1º Período. 44 Figura 4. 8 – Questões do guião de trabalho experimental de
Química onde era solicitado o uso da simulação. 45 Figura 4. 9 – Conclusão apresentada por um aluno comparando
a utilização da simulação com a atividade experimental. 46 Figura 4. 10 – Registo de resultados sobre o comportamento do
ferro (Fe) e do chumbo (Pb) quando inseridos numa solução ácida apresentados por um dos grupos.
46 Figura 4. 11 – Registo de resultados sobre o comportamento de
metais em soluções com diferentes iões metálicos, apresentados por um dos grupos.
ix
4
Gráfico 2 - Opinião dos alunos da turma 11º A a algumas das
questões apresentadas. 48
Figura 4. 12 - 1ª questão colocada no teste de avaliação sobre o
tema “Oxidação-Redução”. 49
Figura 4. 13 - 2ª questão colocada no teste de avaliação sobre o
tema “Oxidação-Redução”. 50
Figura 4. 14 – 1ª questão do guião de trabalho experimental que
solicitava a utilização da simulação. 50
Figura 4. 15 – 2ª questão do guião de trabalho experimental que
solicitava a utilização da simulação. 50
1
1.
Introdução
O estudo das Ciências é imprescindível para a formação dos jovens como cidadãos, na medida em que favorece a aquisição de conhecimentos que preparam os alunos para a vida futura, através de métodos e instrumentos que são fundamentais para o desenvolvimento pessoal, profissional, económico, social e ambiental.
A escolha do tema “Aprendizagem de Conceitos e Desenvolvimento de Competências com Trabalho Experimental e Simulação Computacional” deveu-se a alguma falta de compreensão e desinteresse por parte dos alunos, principalmente quando estudam fenómenos complexos e difíceis de se visualizar na realidade, uma vez que a maioria dos professores opta por apresentar os conteúdos de Física e Química, nos diversos níveis de escolaridade, de forma essencialmente verbal ou textual. Assim, pretende-se com este tema compreender até que ponto pode, ou não, a utilização da simulação computacional como apoio ao trabalho experimental beneficiar a aprendizagem dos alunos.
Com o intuito de estudar a ideia anterior, e pressupondo que a aplicação de
softwares de simulação como ferramenta didática de apoio ao ensino tem vindo a
ganhar importância nas aulas que necessitam de demonstração e ensaios práticos, considerou-se relevante aplicar as simulações computacionais como apoio às aulas de trabalho experimental para facilitar a construção do conhecimento dos alunos.
Por conseguinte, será feita uma fundamentação dos aspetos relevantes no desenvolvimento do trabalho, nomeadamente a importância do estudo das ciências, a importância do trabalho experimental (TE) no ensino das ciências, a utilização das TIC na sala de aula e posteriormente a utilização da simulação computacional como estratégia de ensino.
De acordo com Fiolhais e Trindade (1997), é da competência dos docentes proporcionar aos alunos experiências de aprendizagem eficazes e inovadores, indo ao encontro das dificuldades de cada um e adequando, tanto quanto possível, os meios pedagógicos que utilizam. Segundo estes autores, deve-se instigar a utilização de técnicas de instrução inovadoras e atraentes, que deem ênfase à compreensão qualitativa dos princípios físicos. Referem também que, deste modo, não são de admirar falhas na aprendizagem se os conceitos mais complexos e difíceis de visualizar forem só apresentados verbal ou textualmente. A realização de experiências, a utilização de
2
meios audiovisuais e o aproveitamento de software adequado podem, não sendo elixires para o sucesso, facilitar o processo de ensino (Fiolhais e Trindade, 1997).
Deste modo, pretendeu-se articular os conteúdos programáticos da disciplina de Física e Química A do 11º ano de escolaridade com o recurso às tecnologias de informação em contexto da sala de aula, de forma a facilitar a aquisição de conhecimentos por parte dos alunos e, ao mesmo tempo, permitir um maior envolvimento do professor com os seus alunos num ambiente de aprendizagem.
Para tal partiu-se do pressuposto que o professor não deve apenas transmitir conhecimentos e apresentar conceitos, mas sim proporcionar aos alunos experiências de aprendizagem eficazes e inovadoras, simulando situações reais e concretas que permitam desenvolver competências nos alunos. Mas, para desenvolver competências é preciso, antes de tudo, estudar os recursos pedagógicos mais adequados e atualizados que facilitem a compreensão dos conceitos e o envolvimento dos alunos na aprendizagem, desde a realização de experiências, a utilização de meios audiovisuais e o aproveitamento dos softwares para facilitar o processo de ensino e aprendizagem.
Para além de analisar a aprendizagem utilizando a simulação computacional em sala de aula, o presente trabalho pretende também ser uma reflexão sobre o modo como o professor estagiário a implementa nas suas aulas. Desta forma, um dos objetivos será prever melhorias a fazer numa segunda intervenção de modo a aperfeiçoar o processo de introdução da simulação computacional em sala de aula. Pretende também ser uma reflexão sobre o seu percurso de aprendizagem ao longo do estágio.
Para o desenvolvimento deste trabalho, tornou-se fundamental a participação e o envolvimento dos alunos de várias turmas do 11.º ano da Escola S/3 de S. Pedro, em Vila Real. As aulas desenvolvidas durante o estágio foram essenciais para o contacto com a realidade e a recolha de dados.
3
2.
Fundamentação Teórica
2.1. Ensino das Ciências Físicas e Naturais
Ao longo dos tempos, o ensino das Ciências Físicas tem sofrido transformações, as quais provocaram, e continuam a provocar, mudanças nos métodos de ensino, no conhecimento sobre a aprendizagem dos alunos, no papel do professor e de todo o sistema educativo. Tal facto resulta, em certa parte, duma maior exigência na preparação científica dos cidadãos, o que possivelmente poderá levar a um maior desinteresse nas disciplinas ligadas às Ciências Físicas por parte de alguns alunos. Em conformidade com Duarte (1999), o principal avanço verificado na investigação em educação em ciências foi deixar de se focar naquilo que os alunos não sabem, mas sim nas ideias que possuem. Deste modo, a autora destaca algumas ideias antigas (pois só a partir de meados dos anos 70 é que a investigação científica dá ênfase a esta problemática), “(…) o professor deve saber que a compreensão dos erros dos seus alunos é a coisa mais importante da sua arte didática…" (p. 127), e "(…) os professores de ciências ainda não refletiram no facto de que os seus alunos chegam à aula com conhecimentos empíricos já constituídos" (p. 229). Supõe-se também que esta situação ocorrerá pelo facto dos professores atribuírem uma elevada importância aos manuais escolares, como sendo a única, ou pelo menos a mais importante, ferramenta para o ensino. Como menciona a mesma autora, os professores que seguem “religiosamente” o manual, por norma, não promovem atividades experimentais, logo, não criam oportunidades para os alunos explorarem e testarem os factos. Mas, como afirmam Chiappetta, Fillman e Sethna (1991), citados em Duarte (1999), “(…) muitos professores e alunos têm uma visão de ciência empiricista e indutivista porque os manuais escolares, de uma forma implícita ou explícita, dão ênfase aos factos e apresentam a ciência como um corpo de conhecimentos construídos de forma linear, não havendo lugar para o erro" (p. 234). Em oposição a esta ideia, Cachapuz, Praia e Jorge (2004) referem que o conhecimento é “(…) uma aventura incerta que comporta em si mesmo, permanentemente, o risco de ilusão e do erro” (p. 364).
Na sociedade atual, a escola não tem apenas a preocupação na obtenção de conhecimentos científicos e técnicos, mas também no desenvolvimento de atitudes e valores que promovam cidadãos capazes de enfrentar novas situações (Direção Geral do Ensino Básico e Secundário, DGEBS, 1993). Para tal, é necessário a participação de
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vários intervenientes na cooperação para estas finalidades, que vão desde os órgãos de poder, a professores, alunos, encarregados de educação e toda a comunidade educativa. Neste seguimento, e como afirmam Oliveira, Nascimento, Alberto e Formosinho (2011) “o sistema educativo deve proporcionar às escolas as melhores condições em termos de políticas, gestão, recursos materiais e humanos para uma boa prática de ensino” (p. 338). Destaca-se, com elevado relevo, o papel do professor, sendo este o agente mais fulcral na aquisição de conhecimentos e na superação das dificuldades dos alunos. Neste sentido, segundo o trabalho desenvolvido pelos mesmos autores, o professor deve refletir e planear as melhores estratégias para promover as competências dos alunos, mas, para tal, “(…) deve dominar os conceitos científicos e ensinar tendo como base o método científico e não se limitar apenas ao manual escolar e às orientações curriculares” (p. 344). Deste modo, os professores conseguem promover aulas motivadoras, produtivas e que potenciam as aprendizagens dos alunos. Neste seguimento, convém destacar as ideias de Cachapuz, Praia e Jorge (2004), “(…) o modo como se ensina as Ciências tem a ver com o modo como se concebe a Ciência que se ensina, e o modo como se pensa que o outro aprende o que se ensina (bem mais do que o domínio de métodos e técnicas de ensino) (…)” (p. 378).
Face à renovação/atualização no ensino das Ciências, e tendo em consideração a disciplina de Ciências Físico-Químicas, o professor deve assumir responsabilidades na aquisição de conhecimentos e na superação das dificuldades dos alunos face aos conteúdos abordados pela disciplina. Para tal, os professores devem planificar/promover estratégias que aumentem a motivação e o interesse dos alunos para aprender Física e Química e devem desenvolver métodos que promovam a aprendizagem, desenvolvam o espírito científico e preparem os alunos para serem cidadãos do futuro (Fiolhais e Trindade, 2003). Tendo por base a forte componente experimental que deve ser implementada na disciplina de Ciências Físico-Químicas, cabe ao professor incorporar no ensino esta modalidade, de modo a potenciar as aprendizagens dos alunos. Sabendo que a Ciência e a Tecnologia são cada vez mais importantes na vida quotidiana dos alunos e da sociedade, torna-se fundamental valorizar as potencialidades das novas tecnologias de informação e comunicação.
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2.2. O Trabalho Experimental (TE) no Ensino das
Ciências
Nos dias de hoje, o conceito de Trabalho Experimental apresenta ainda algumas controvérsias, uma vez que nem sempre é interpretado do mesmo modo pelos vários autores, isto é, utilizam-se várias designações, tais como atividades práticas, trabalho prático ou trabalho laboratorial, para além de trabalho experimental.
Considerando o trabalho de Santos (1999), os termos atividades práticas ou trabalho prático apresentam o mesmo significado, uma vez que se trata de um processo em que os alunos, dentro ou fora da sala de aula, utilizam materiais e equipamentos para observar fenómenos. A mesma autora afirma que o trabalho prático exige a participação e o envolvimento dos alunos, com maior ou menor interação do professor, e também pode ser utilizado como estratégia de ensino e aprendizagem dependendo dos objetivos a atingir.
Em relação ao trabalho laboratorial, Lopes (2004), considera que é toda a atividade desenvolvida no contexto de laboratório ou com material de laboratório. Por outro lado, Santos (1999) define que as atividades de laboratório correspondem aos exercícios, às experiências, aos experimentos por descoberta guiada, às verificações experimentais e às investigações ou projetos.
Por sua vez, o Trabalho Experimental (TE) é definido por Santos (1999) como um processo em que os alunos adquirem conhecimentos pela prática, fazendo experiências, observando e analisando os factos, tirando as suas ilações. Contudo ressalva que nem todo o trabalho prático é trabalho de laboratório, nem todo o trabalho laboratorial é experimental. A mesma autora salienta ainda, sobre o trabalho experimental, “que não se refere a modalidades de trabalho prático como demonstrações ou simulações, mas a investigações em que os alunos podem desenvolver, recorrendo a recursos variados, experiências significativas, construindo, no seio de comunidades de aprendizagem, significados de conceitos próximos dos que são aceites pela comunidade científica” (p. 40).
Contudo, Lopes (2004) refere que o conceito de TE tem sofrido várias transformações estando assim em permanente construção. Deste modo, o autor apresenta uma possível definição de TE, como sendo qualquer “atividade sobre um referente empírico, concretizada na execução de procedimentos empíricos, que permita:
6 Identificar/controlar variáveis;
Utilizar/estudar/aperfeiçoar/construir modelos teóricos e/ou das situações físicas que sirvam de mediadores entre as teorias e a realidade.” (p.259) Por outro lado, Hodson (1994), citado em Millar (2010), refere que as principais razões apontadas pelos professores para a utilização do TE no ensino de ciências são:
motivar os alunos, estimulando o interesse e o prazer em aprender; ensinar competências laboratoriais;
melhorar a aprendizagem do conhecimento científico;
dar dicas sobre o método científico, e desenvolver competências na sua utilização;
desenvolver certas atitudes, como a abertura de espírito, objetividade e disposição para suspender o julgamento.
Também Hofstein e Lunetta (2003) sugerem uma lista de objetivos semelhantes, tendo sempre em conta que os principais objetivos do trabalho prático são para aprimorar a formação. Tais objetivos são o desenvolvimento:
da compreensão de conceitos científicos; do interesse e motivação;
da capacidade de resolver problemas; dos hábitos científicos da mente; da compreensão da natureza da ciência.
Santos (1999, p.44-45) elabora uma listagem de objetivos que considera que se podem desenvolver aquando da realização do que intitula de trabalho experimental:
1- “Desenvolver no aluno capacidades e atitudes associadas à resolução de problemas em ciência, transferíveis para a vida quotidiana, tais como:
a. Definição de problemas;
b. Espírito criativo, nomeadamente a formulação de hipóteses; c. Observação;
d. Tomada de decisão acerca de: material; variáveis a controlar; procedimento; técnicas e segurança; organização e tratamento de dados, etc;
e. Espírito crítico; f. Curiosidade;
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g. Responsabilidade;
h. Autonomia e persistência.
2- Familiarizar os alunos com as teorias, natureza e metodologia da ciência e ainda a inter-relação Ciência-Tecnologia-Sociedade;
3- Levantar conceções alternativas do aluno e promover o conflito cognitivo com vista à sua mudança conceptual;
4- Desenvolver no aluno o gosto pela ciência, em geral, e pela disciplina e/ou conteúdos em particular;
5- Desenvolver no aluno capacidades psicomotoras, com vista à eficácia de execução e rigor técnico nas atividades realizadas;
6- Promover no aluno atitudes de segurança na execução de atividades de risco, transferíveis para a vida quotidiana.
7- Promover o conhecimento do aluno sobre o material existente no laboratório e associá-lo às suas funções;
8- Proporcionar ao aluno a vivência de factos e fenómenos naturais.
9- Consciencializar o aluno para intervir, esclarecidamente, na resolução de problemas ecológicos/ambientais;
10- Promover a sociabilização do aluno (participação, comunicação, cooperação, respeito, entre outras) com vista à sua integração social.”
Porém, apesar de se considerarem aplicáveis tais objetivos, o TE, em si mesmo, não é garantia de motivação, uma vez que podem confundir, desinteressar, complicar e desmotivar, isto é, tais objetivos podem nem sempre ser alcançados (Lopes, 2004).
Relativamente à sua utilização, o TE tem levantado várias questões. Para a maioria, é considerado uma mais-valia no ensino das Ciências, pois se o objetivo destas é aumentar a nossa compreensão do mundo natural, de como é feito e como funciona, compete ao TE apoiar esta compreensão com dados observáveis. Assim, se um objetivo do ensino das ciências é ampliar o conhecimento dos alunos sobre o mundo natural e ajudá-los a desenvolver uma compreensão das ideias e modelos que os cientistas usam para explicar o seu comportamento, o ensino de ciências envolve naturalmente a verificação de certas coisas por parte deles, ou deverá colocá-los em situações onde podem ver as coisas por si mesmos (Millar, 2010).
Por outro lado, alguns autores (como por exemplo, Lopes, 2004) referidos em Cunha, Lopes, Cravino e Santos (2012) consideram que esta metodologia nem sempre é
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aplicada da melhor forma, uma vez que os alunos resolvem os problemas de forma mecanizada não sendo portanto capazes de estabelecer ligação aos saberes em desenvolvimento. Esta situação ocorre, porque o professor por vezes não sente que os seus alunos sejam capazes de desenvolver certas competências e torna o ensino bastante mecanizado, ou seja, não dá a devida autonomia na resolução de problemas e, como refere Cunha e colegas (2012), se a tarefa for demasiado orientada, onde todos os passos são expostos, os alunos não assumem tanta responsabilidade. Deste modo, alguns autores acreditam que através do TE os alunos perdem a oportunidade de aprender Ciências, o que se pode traduzir num maior desinteresse pelo estudo dessas disciplinas, isto quando este recurso é mal utilizado e/ou desenvolvido.
Compete então ao professor planificar atividades desafiadoras que incentivem os alunos para a execução das tarefas de forma autónoma, responsável e que este caráter desafiador se mantenha durante a execução de toda a atividade (Cunha et al., 2012). Por este motivo, torna-se cada vez mais necessário o professor refletir e reorganizar os seus métodos de ensino, de modo a acompanhar as novas exigências na educação. Tendo em consideração o rápido desenvolvimento científico e tecnológico, o professor deve fomentar novas estratégias e recursos que assegurem a formação científica dos alunos, promovendo atividades que sejam motivadoras e interessantes para a aprendizagem dos alunos.
Porém, apesar de o professor planear as melhores estratégias para criar um ambiente positivo na sala de aula, é necessário que os alunos estejam predispostos para aprender, caso contrário a aprendizagem não vai ser eficaz e significativa. Tal como afirma Viegas, 2010 (em Cunha et al., 2012), “(…) se o professor ajustar o ambiente de aprendizagem aos diferentes tipos de alunos, fornecer as tarefas associadas a situações concretas e reais, explicar os benefícios de aprendizagem, a relação entre aprendizagem e avaliação e dedicar tempo aos alunos no auxílio das tarefas propostas, irá estimular a curiosidade dos alunos, incentivando-os a desenvolver projetos para a sua aprendizagem” (p. 639).
Considerando os objetivos gerais da Lei de Bases do Sistema Educativo (Decreto de lei nº 6/2001), a Ciência assume um papel relevante na educação e formação dos jovens em termos pessoais, profissionais, sociais e ambientais. Neste sentido cabe às escolas e a toda a comunidade educativa prepararem os alunos para futuramente serem cidadãos esclarecidos, ativos, conscientes e responsáveis pelos seus atos, ao mesmo tempo que garante a compreensão do mundo em que vivemos. Desta
9
forma, torna-se necessário a renovação dos conteúdos e dos processos educativos, de modo a que se valorize o ensino das Ciências e as características do trabalho científico, bem como os modos como se concebe atualmente a aprendizagem.
Para incrementar uma aprendizagem significativa e desenvolver competências nos alunos, ao mesmo tempo que se motiva para a compreensão da Ciência, torna-se necessário valorizar as aprendizagens assimiladas pelos alunos ao longo da sua vida, em complementaridade com as aprendizagens promovidas pela escola, pelos meios de comunicação social e pelas vivências do dia-a-dia.
Recorrendo a alguns estudos, constata-se uma crescente desmotivação e desinteresse dos alunos por disciplinas ligadas às Ciências (Pereira e Paixão, 2004) e este facto pode ser comprovado pelos níveis de aproveitamento ao longo dos anos letivos. Neste seguimento, o Ministério da Educação tem procedido à constante atualização Curricular do Ensino Secundário ressaltando como mote central a qualidade do ensino e da aprendizagem. Em julho de 1998, uma das medidas referentes ao Ensino Secundário foi a reorganização dos cursos gerais do ensino secundário, favorecendo a integração das dimensões teórica e prática e dando a devida relevância ao ensino de natureza experimental (decreto-lei 6/2001).
Sendo as disciplinas das áreas da Física e da Química de extrema importância na compreensão do mundo em que vivemos, surge no decreto-lei 6/2001 a obrigatoriedade na realização de atividades práticas de modo a estimular nos alunos a compreensão, interpretação e a aplicação dos conceitos em novos contextos. Assim sendo, o reconhecimento e a valorização do Trabalho Experimental pelos profissionais ligados à educação emerge na sua introdução nos currículos educativos para o estudo das Ciências.
Em suma, o Trabalho Experimental deve ser considerado como uma estratégia bastante importante nos processos de ensino e de aprendizagem, uma vez que pode ser contemplado sob diferentes perspetivas, isto é, através desta estratégia os alunos podem planificar, desenvolver, observar, avaliar e analisar as suas experiências construindo assim, o seu conhecimento através da prática e de alguma orientação dada pelo professor.
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2.3.
As Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) no
Ensino
Com a revolução a nível tecnológico a sociedade defrontou-se com novas mudanças e evoluções técnicas que são reflexo da sociedade atual. Estas inovações tiveram um efeito tão imediato, que a informática agitou por completo o mercado de trabalho, uma vez que todos os setores de atividade humana são influenciados pelo computador. A maneira de pensar e agir sobre o mundo que nos rodeia também é influenciada pela evolução e desenvolvimento da sociedade. Deste modo, Coutinho e Lisbôa (2011, p.5) afirmam que a “(…) internet e as tecnologias digitais fizeram emergir um novo paradigma social, descrito por alguns autores, como sociedade da informação ou sociedade em rede alicerçada no poder da informação, sociedade do conhecimento ou sociedade da aprendizagem. Um mundo onde o fluxo de informações é intenso, em permanente mudança, e onde o conhecimento é um recurso flexível, fluido, sempre em expansão e em mudança”.
Cohen, Manion, Morrison e Wyse (2010) defendem que esta ascensão da tecnologia de informação e comunicação nas escolas vem-se tornando aparentemente imparável promovendo o desenvolvimento de novas abordagens de ensino e de aprendizagem. Através da utilização de tais avanços tecnológicos como videoconferências, fóruns on-line, blogs, entre outros, colocam-se professores e estudantes em contato uns com os outros a uma escala global. Para a maioria dos jovens, o uso da tecnologia faz parte das suas vidas diárias, e com um maior acesso a uma vasta gama de tecnologia digital, esses jovens estão a usar a tecnologia para aceder, comunicar, partilhar e apoiar a sua aprendizagem de muitas formas diferentes. As escolas também estão atentas às novas tecnologias, usando os seus próprios sites, sistemas de tecnologia e intranets para colocar recursos disponíveis a qualquer hora do dia. O aproveitamento da tecnologia continua a ser um aspeto importante das agendas governamentais e locais, com a intenção de ter um impacto estratégico no sistema de ensino (Cohen, Manion, Morrison e Wyse, 2010).
Neste sentido, sendo a escola uma entidade responsável na formação de indivíduos, é importante valorizar a utilização das TIC em sala de aula. A escola não deve somente preocupar-se com a transmissão de conhecimentos mas, de um modo mais amplo, deve instruir os indivíduos na aquisição de competências que os tornem aptos a enfrentar a sociedade em mudança. Tal como podemos ler no Livro Verde para
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a Sociedade da Informação em Portugal (Livro Verde 1997, p. 39), o “(…) conceito de
educação ao longo da vida deve ser encarado como uma construção contínua da pessoa humana, dos seus saberes, aptidões e da sua capacidade de discernir e agir. A escola desempenha um papel fundamental em todo o processo de formação de cidadãos aptos para a sociedade da informação e deverá ser um dos principais focos de intervenção para se garantir um caminho seguro e sólido para o futuro.”
Deste modo, os professores deparam-se com novas mudanças e necessidades curriculares sobre o modo de transmitir o conhecimento, devendo para tal, investir no aperfeiçoamento e utilização das TIC em sala de aula, uma vez que os alunos vivem na “era da informática” e apresentam uma visão do quotidiano diferente da que a escola tradicional estava habituada. Assim sendo, devem refletir e mudar as suas práticas, pensando em alternativas e instrumentos que sejam motivadores e eficazes para a formação de cidadãos responsáveis e ativos na sociedade da informação, do conhecimento e da aprendizagem.
Havendo uma constante necessidade de adaptações e mudanças, face à rápida evolução da sociedade da informação, cabe aos professores integrar as TIC nos processos de ensino e de aprendizagem, e em contribuir para a formação de indivíduos cada vez mais dependentes da tecnologia.
De facto, vivemos na sociedade da informação que exige cidadãos que tenham competências, conhecimentos, comportamentos e atitudes adequados. Desta forma o sistema educativo deverá ter como principal preocupação a formação de indivíduos capazes de efetuarem uma análise crítica e criativa do mundo atual. Isto passa também, por uma boa integração das TIC em contexto educativo com vista a aproveitar o seu potencial fascinante como fator de motivação de alunos e professores.
Deste modo, as novas tecnologias surgem aqui como instrumentos para serem usados livre e criativamente por professores e alunos, na realização das atividades mais diversas. Esta utilização pode ser um promotor na alteração da relação entre professor-aluno, sendo o computador um facilitador dessa mudança, tornando-se professor e aluno parceiros de um mesmo processo de aprendizagem (Vieira, 2005).
Estas tecnologias possibilitam e facilitam o acesso a um conjunto variado de informações e recursos, ao mesmo tempo que facilitam a aquisição e compreensão de conhecimentos, promovendo assim uma aprendizagem significativa e eficaz. De acordo com Eça (1998), esta nova tecnologia multiplica as possibilidades de pesquisa de informação, pondo à disposição dos alunos uma fonte inesgotável de informação,
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permitindo-lhes, desta forma, tornarem-se “exploradores” ativos do mundo que os envolve. A tecnologia “(…) aproxima os alunos daquilo que os rodeia, da sua realidade, quer humana, quer material; ela confere autenticidade, objetividade, concretismo e pragmatismo à aprendizagem, fatores que contribuem para uma maior identidade com aquilo que os alunos têm de resolver e/ou executar; ela implica dinamismo, mudança e adaptação, pólos de atracção poderosos porque desligados da rotina; ela implica versatilidade, recurso a diversas componentes; por fim, ela requer um maior empenho por parte de cada aluno, uma maior responsabilização e controlo pela aprendizagem individual” (Eça, 1998 p. 35-36).
Quanto ao papel do professor, este passa a ser de intermediário/mediador, uma vez que deve orientar, despertar a curiosidade, desenvolver a autonomia, estimular o rigor intelectual e criar condições necessárias para o sucesso da educação formal e da educação permanente. Mas também, deve “(…) questionar sobre as suas práticas de ensino pois deixa de se limitar a transmitir conhecimentos aos alunos e passa a ser mediador da informação, onde têm de ensinar os alunos a pesquisar e filtrar informação relevante e a relacionar entre si as diversas informações, revelando espírito crítico” (Livro verde, 1997, p. 42).
Por esta razão, Martinho e Pombo (2009) concluem no seu estudo que as TIC podem ser integradas no ensino das ciências como uma ferramenta, como uma fonte de referência, como um meio de comunicação e como um meio para exploração. Referem
ainda que a implementação das TIC na Educação em Ciências tem proporcionado um ambiente de trabalho mais motivador, onde os alunos estão mais atentos, interessados, empenhados e responsáveis no desenvolvimento dos seus trabalhos, conseguindo consequentemente melhores níveis de aproveitamento. Para além disso, os alunos desenvolvem competências específicas, gerais, tecnológicas e atitudinais (Martinho e Pombo, 2009).
Contudo, convém salientar que a utilização das TIC no processo de ensino aprendizagem deve ser visto como um instrumento de trabalho/estratégia na complementaridade do ensino tradicional, em vez de ser considerado um recurso exclusivo e continuado (Cohen, Manion, Morrison e Wyse, 2010). Assim sendo, a utilização do computador na disciplina curricular pode ser feita para continuar a transmitir a informação ao aluno, ou então, a fim de o aluno construir o seu próprio conhecimento por meio da utilização e exploração deste recurso. Portanto, o professor da disciplina deve ter conhecimento sobre os potenciais educacionais do computador e
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ser capaz de alternar adequadamente atividades tradicionais de ensino e de aprendizagem e atividades que usam o computador.
Cohen e colegas (2010) referem que, neste contexto, onde o uso de ferramentas tecnológicas é cada vez mais comum, tanto nas escolas como na vida quotidiana, temos assistido a algumas tendências gerais na educação, tais como:
Há uma maior dificuldade em escolher os conhecimentos que são realmente importantes para o processo de aprendizagem;
A geração do conhecimento têm substituído a memorização e a repetição do conhecimento;
É valorizado o pensamento racional para a criatividade, a imaginação, avaliação e flexibilidade, com o intuito de acompanhar o ritmo da era da informação, a fim de os alunos poderem julgar o que é necessário e vale a pena aprender;
Os alunos têm de assumir a responsabilidade pela sua própria aprendizagem e pensamento, com a avaliação de práticas de aprendizagem na escola;
O pensamento racional é socialmente aprendido e desenvolvido, não com alunos sentados e a trabalhar isoladamente, mas de forma colaborativa e em cooperação através do diálogo;
Motivação e empenho são vistos como requisitos centrais para uma aprendizagem eficaz;
O papel dos professores está a passar de transmissores para auxiliares de aprendizagem;
Alterar a prática de ensino exige mudar a cultura dos professores e das escolas; A aprendizagem ocorre fora das salas de aula e dos muros da escola.
No entanto, as TIC por si só não são suficientes para influenciar a educação na direção das tendências acima referidas. O professor e a sua pedagogia serão os componentes chave nesse processo. Porém, se realmente assistimos a uma nova cultura de ensino, as TIC podem ser um recurso para atingir esses fins (Cohen et al., 2010).
Como referem os mesmos autores, elas permitem:
Aumentar o desempenho de todos os alunos em todas as disciplinas; Promover situações favoráveis à aprendizagem;
Promover a aprendizagem colaborativa;
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Neste sentido, o acesso e a utilização das TIC, nomeadamente o computador, tem apresentado inúmeras vantagens quer para alunos quer para professores. Para os alunos, a utilização do computador possibilita-lhes uma maior autonomia e uma melhor adaptação ao ritmo da aula. Através deste recurso os alunos podem aprender de novo, mas também complementar conceitos/conteúdos que foram aprendidos na sala de aula. Isto é, os alunos podem recorrer à simulação e pesquisas experimentais, o que desenvolve um percurso mais participativo e motivador.
Em relação aos professores, o recurso ao computador possibilita criar novas interações com os alunos, uma vez que o professor já não é somente aquele que transmite um saber sabido, mas é também aquele que ajuda a construir esse saber. Em contrapartida, as aulas serão mais motivadoras uma vez que colocam os alunos perante situações-problemas que aumentam a motivação e eficácia na aquisição dos saberes e saberes-fazer.
De uma forma geral, quase todos os intervenientes da educação acreditam nas potencialidades das TIC em sala de aula e, numa sociedade cada vez mais dependente delas, isso torna-se mais evidente. Porém, de entre todos estes recursos, existe uma ferramenta que revolucionou o modo de transmitir e aceder à informação, a Internet.
2.3.1. A Internet na Educação
Atualmente, o Sistema Educativo Português encontra ao seu dispor um recurso muito diversificado e enriquecedor para os seus alunos, a Internet. Existem praticamente em todas as escolas salas equipadas com computadores que permitem aos seus alunos o contacto com a nova era digital. Os alunos podem fazer pesquisas, recolher dados, selecionar informação, comunicar com outros utilizadores, divulgar dados, fazer simulações, entre outras potencialidades. Para além disso, de acordo com o relatório feito pela “Sociedade em Rede” (Paisana e Lima, 2012), no final de 2011, 57,2 % dos portugueses possuíam Internet na sua residência, e este valor tende a aumentar. Isto comprova a importância da Internet nas nossas vidas, pois proporciona grandes oportunidades e pode ser utilizada como uma ferramenta poderosa para o acesso à informação, cultura e educação.Destacando a ideia de Eça (1998) “(…) falar da Internet é falar de uma sala de aulas sem paredes, de uma gigantesca biblioteca, de uma gigantesca base de dados, de um gigantesco museu, de um incomensurável volume de
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informação, de uma interação sem precedentes de computadores e pessoas, acessível vinte e quatro horas por dia.” (p.23)
Webb (2010) salienta ainda, que o uso da Internet permitiu o acesso a diferentes materiais pedagógicos, proporcionando mais interesse aos alunos, particularmente em temas das Ciências que inicialmente achavam mais entediantes.
Sabendo que a Internet é um recurso muito utilizado e apreciado pelos jovens, torna-se imprescindível que a educação não passe ao lado desta realidade, a fim de obter melhores resultados, nomeadamente no campo da motivação e do entusiasmo pela aprendizagem. Através deste recurso, os alunos podem aprender por sua própria iniciativa, estando assim mais ativos e participativos na sua aprendizagem. Por outro lado, com o recurso à Internet, a aprendizagem dos alunos pode centrar-se mais em acontecimentos reais e vividos no dia-a-dia, isto é, estudando os conteúdos a partir de questões – problema concretos e que futuramente podem ser úteis para a sua vida pessoal e profissional. Contudo, convém destacar Eça (1998) que defende que “(…) a educação tem muito a ganhar com o recurso a este meio, se o encararmos como um meio e não como um fim, pois se, por um lado, a Internet não é solução nem a panaceia para os problemas da educação, por outro, o professor continua a ter o seu lugar neste processo, embora necessariamente com uma nova postura - o facilitador, o guia, até o aprendiz em pé de igualdade com o aluno.” (p.29). Para se concretizar este fim, torna-se necessário a integração da Internet no currículo, mais concretamente na sala de aula. Em consonância com Dyrli e Kinnaman, citados em Eça (1998), “…a tecnologia pode afetar ´o que` se ensina e ´o modo` como se ensina, enriquecendo e melhorando o currículo existente.” (p.46) Assim sendo, o papel do professor terá de ser renovado/atualizado, em termos de estratégias adotadas, recursos, atitudes e mentalidades. Também Webb (2010) destaca a importância da formação/preparação dos professores ao aplicar as suas estratégias, a fim de evitar uma pesquisa de conteúdos improdutiva por parte de alunos. Os professores devem planear as suas aulas cuidadosamente, filtrando de antemão as informações relevantes, a fim de garantir aos alunos a pesquisa/manuseamento de informação útil, acessível e relevante (Webb, 2010).
Considerando as potencialidades da utilização da Internet conclui-se que este recurso coloca à disposição do professor várias ferramentas que possibilitam simular experiências que não podem ser apresentadas na aula ou no laboratório.
De acordo com Martins, Fiolhais e Paiva (2003), é válido que cada vez mais utilizemos a Internet como um meio de transmitir informação num formato de
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hipermédia. Estes documentos começaram por associar textos, imagens, sons, vídeos, simulações, entre outros. De todos os desenvolvimentos, o aparecimento da linguagem de programação Java veio abrir novos caminhos, uma vez que ela permite acrescentar aos documentos da Web pequenos programas independentes. As repercussões pedagógicas são evidentes. É hoje possível criar pequenos programas interativos em
Java – em geral, simulações - que estimulam o interesse nos alunos e os ajudam na
compreensão de determinados conceitos científicos. Estas aplicações, colocadas em servidores da Web, podem "correr" sem qualquer instalação no computador. A única exigência é que o utilizador possua um browser, como o Internet Explorer.
As principais vantagens destas simulações (Martins, Fiolhais e Paiva, 2003) são: Velocidade. As simulações em Java, são mais rápidas do que outros
programas.
Acessibilidade. O facto das simulações Java não necessitarem de qualquer instalação no computador torna-as de fácil acesso.
Interação. O Java permite utilizar um conjunto de elementos gráficos, que permitem interação fácil entre o utilizador e a simulação.
Operacionalidade. Estas simulações podem ligar-se a vários formatos de media (texto, gráficos, animação e som).
As simulações computacionais são recursos pedagógicos que podem aumentar a atratividade das aulas estimulando a aprendizagem dos alunos (Martins, Fiolhais e Paiva, 2003). A sua utilização, em geral, apresenta vantagens para os processos de ensino e de aprendizagem e a sua exploração desencadeia nos alunos reações muito positivas (Morais e Paiva, 2007). Os alunos desenvolvem competências e procedimentos científicos e intelectuais. No entanto, estas não devem ser usadas para substituir o trabalho experimental. Mas serem vistas como complemento ao trabalho experimental, onde este não possa ser praticado (Martins, Fiolhais e Paiva, 2003).
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2.4.
A Simulação Computacional no Ensino da Física e da
Química
A simulação computacional consiste na aplicação de técnicas matemáticas em computadores com o propósito de imitar um processo ou operação do mundo real. De acordo com Fonseca (2006), as simulações computacionais possibilitam ao aluno desenvolver hipóteses, testá-las, analisar resultados e redefinir conceitos. Podem possibilitar maior ou menor grau de interatividade ao aluno.
A grande variedade e o fácil acesso a ferramentas relacionadas com computadores no ensino, nomeadamente a utilização de simulações computacionais, têm levantado várias questões sobre a sua utilização nos processos de ensino e de aprendizagem. A principal questão centra-se na forma como deverá ser explorada a simulação para contribuir para uma melhor aprendizagem (Rutten, Joolingen e Veen, 2012).
Como referido anteriormente, o acesso a este tipo de ferramentas é cada vez mais fácil, sendo estas cada vez mais interativas e de fácil manuseamento. Para além disso, existe uma grande variedade de simulações nos diversos temas, tanto na área da Física como da Química. Embora estas disciplinas estejam quase sempre associadas no ensino (básico e secundário), os diferentes investigadores nas áreas educativas apresentam-nas sempre de forma independente.
No caso da disciplina de Física, Medeiros e Medeiros (2002) referem que os conteúdos abordados na disciplina apresentam um elevado nível de exigência e compreensão, daí que a maioria dos alunos revele, quase sempre, muitas dúvidas e dificuldades, uma vez que estuda conceitos complexos e abstratos. Mas, o insucesso das disciplinas de Física ao longo dos ensinos básico e secundário, segundo Fiolhais e Trindade (2003), deve-se tanto aos alunos como aos professores. A valorização dos métodos tradicionais ou a implementação de técnicas desajustadas faz com que os alunos sintam maiores dificuldades na compreensão dos conteúdos abordados na disciplina. Como afirmam Lawson e McDermott em Fiolhais e Trindade (2003), “(…) não serão de admirar falhas na aprendizagem se conceitos complexos e difíceis de visualizar só forem apresentados de uma forma verbal ou textual.”(p. 260)
Para minimizar esta tendência, os manuais escolares têm apostado em inúmeras ilustrações que representam situações reais. No entanto, e considerando um caso em concreto, quando abordamos o estudo da Dinâmica, torna-se complicado para os alunos
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compreender o conceito utilizando apenas a imagem do resultado final. Por este motivo, é cada vez mais comum representar situações iniciais, intermédias e finais de um processo por uma série de imagens em diferentes instantes de tempo, utilizar imagens estroboscópicas ou outro tipo de estratégias. Contudo, estas estratégias nem sempre são eficazes e suficientes para a compreensão de conceitos (Fiolhais e Trindade, 2003).
De acordo com os estudos efetuados por Cardoso e Dickman (2012), verifica-se que o uso do computador como ferramenta pedagógica melhora o desenvolvimento da estrutura cognitiva dos alunos, ao mesmo tempo que conduz ao sucesso escolar. Como afirma Fiolhais e Trindade (2003) “(…) a necessidade de diversificar métodos para combater o insucesso escolar, que é particularmente nítido nas ciências exatas, conduziu ao uso crescente e diversificado do computador no ensino da Física. O computador oferece atualmente várias possibilidades para ajudar a resolver os problemas de insucesso das Ciências em geral e da Física em particular.” (p. 260)
Cardoso e Dickman (2012) mencionam o uso dos recursos computacionais e as simulações computacionais para ensinar a Física, referindo “(…) que simplesmente lançar mão de recursos computacionais não garante e nem implica um ensino de qualidade, através do qual os estudantes realmente possam construir seus conhecimentos. Porém, como qualquer ferramenta, seu uso racional, orientado, sendo seu uso direcionado por suas capacidades e, principalmente, suas limitações pode conduzir a belíssimas obras de arte” (p. 899).
As simulações computacionais associadas à realidade da Física permitem estudar/analisar experiências difíceis ou impossíveis de implementar na prática. Isto é, quando uma experiência não pode ser reproduzida em laboratório, por ser demasiado complexa ou perigosa, é possível reproduzir a experiência através de um computador e observar o seu desenvolvimento quase como se estivesse a acontecer na realidade. Dentro deste contexto, oferece ainda a possibilidade do aluno desenvolver hipóteses, testá-las, analisar resultados e redefinir conceitos. Deste modo, os alunos têm a possibilidade de realizar uma atividade de experimentação e uma pequena investigação teórica, sendo estes dois pilares fundamentais da atividade científica. Para uma maior eficiência na aplicação destas simulações é importante que o professor se baseie em situações-problema que sejam conhecidas do dia-a-dia do aluno.
As vantagens associadas à utilização das simulações são inúmeras. Gaddis (2000), em Medeiros e Medeiros (2002), fez um levantamento de trabalhos sobre o tema e refere várias vantagens, entre as quais:
19 fornecer um feedback para aperfeiçoar a compreensão dos conceitos;
permitir aos alunos a recolha de uma grande quantidade de dados em tempo reduzido;
permitir aos alunos formular e testar hipóteses;
apresentar uma versão mais simplificada da realidade, decompondo conceitos abstratos nos seus elementos mais importantes;
auxiliar os alunos na aprendizagem/interação de modelos científicos que não poderiam ser comprovados através da observação direta.
Rutten e colegas (2012) referem que um ambiente de aprendizagem com uma simulação de computador, diferentemente de ambientes centrados na aprendizagem com livros e palestras, tem as vantagens dos alunos poderem explorar sistematicamente situações hipotéticas, interagir com uma versão simplificada de um processo ou sistema, alterar a escala de tempo de eventos e tarefas práticas e resolver problemas num ambiente realista.
Os mesmos autores referem ainda que algumas das possíveis razões que podem levar os professores a usar as simulações de computador serão a economia de tempo, permitindo-lhes dedicar mais tempo aos alunos, em vez de montar e supervisionar o equipamento experimental, a facilidade com que as variáveis experimentais podem ser manipuladas, o que permite formular e testar hipóteses, e o acesso a recursos que permitam uma melhor compreensão do processo, tais como diagramas e gráficos (Rutten et al., 2012).
Para além disso, as experiências baseadas nas simulações computacionais podem ser facilmente integradas em pequenos episódios sem que haja alteração das estratégias a adotar na aula (Webb, 2010).
Cohen e colegas (2010) salientam que as simulações computacionais podem: melhorar a velocidade e a qualidade da aprendizagem e desempenho; estimular e desenvolver a motivação e curiosidade;
melhorar a aprendizagem e memorização através da visualização, experimentação, previsão, manipulação e raciocínio lógico;
Os mesmos autores referem que embora pareçam ser bastante atrativas, várias vozes alertaram para o uso excessivo das simulações, sugerindo, por exemplo, que elas podem:
20 reduzir o diálogo e a interação;
tender para a memorização;
só levar a resultados previsíveis, em vez de resultados abertos;
estar muito distante da vida quotidiana, simplificar assuntos complexos e realidades quotidianas.
Estas serão as preocupações dos professores para garantir um uso adequado desta ferramenta. Isto implica uma cuidadosa preparação e acompanhamento ao utilizarem as simulações, de modo a que elas não substituam a aprendizagem profunda por entretenimento superficial. (Cohen et al., 2010)
Em suma, a simulação computacional é um recurso que permite confrontar as teorias com a experimentação, antecipando resultados experimentais ou realizando experiências de outro modo inacessíveis, sem a necessidade de grandes alterações às estratégias adotadas na sala de aula.
Cabe então aos professores um papel muito importante na motivação e aprendizagem dos alunos, que, para tal, devem planear e proporcionar técnicas atraentes e diversificadas para promover uma aprendizagem significativa e eficaz.
Considerando que os professores e os alunos estão em permanente contacto com as novas tecnologias torna-se fundamental dominar e atualizar o manuseamento destes recursos.
O dia-a-dia das pessoas depende do desenvolvimento tecnológico e, por este motivo, a escola não pode ficar indiferente a esta nova “era”; ela precisa de se adaptar e ensinar os alunos a conviver e utilizar estas novas tecnologias, mas a maior dificuldade, é ainda, compreender e adaptar este recurso em contexto educacional. É neste sentido que os defensores da informática no ensino da Física alegam a utilização do computador, da internet e consequentemente das simulações computacionais em sala de aula, uma vez que apresentam uma vasta gama de tecnologias, que vão desde o vídeo à realidade virtual.
Mas, apesar da utilização do computador ser considerada uma mais-valia no complemento ao ensino e à aprendizagem dos alunos, é sobretudo necessário que os professores estejam devidamente formados e atualizados sobre estas novas tecnologias, caso contrário, se o papel do computador não for contribuir para um ensino mais ajustado a cada aluno, depressa caímos num simples prolongamento do ensino tradicional. (Fiolhais e Trindade, 2003)
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Convém salientar que os insucessos educacionais não se devem apenas à falta de preparação dos professores, mas também às inadequações das escolas e falta de verbas para aquisição de materiais ou recursos informáticos. Para além disso, muitas das expectativas criadas com as novas tecnologias para a evolução no ensino, estas acabaram quase sempre por ficar aquém do esperado, não só pelo facto de muitas das vezes não serem aplicadas de forma adequada, mas também, por estarem em constante mudança.
Alguns autores e colaboradores do programa PhET1, tais como Wieman, Adams, Loeblein e Perkins (s/d) referem que as simulações podem ser ferramentas de aprendizagem altamente eficazes, no entanto, até mesmo os melhores simuladores podem não ser bem-sucedidos. As simulações são ferramentas que podem melhorar um currículo bem elaborado e os esforços de um bom professor, mas não podem substituí-los. Devem, assim, ser parte de um projeto global de ensino e contar com a orientação de um professor. De acordo com os mesmos autores, as suas simulações são projetadas e testadas especificamente para apoiar a aprendizagem dos alunos. No entanto, acreditam que os simuladores são mais eficazes quando integrados com atividades que incentivem os alunos a construir o seu próprio raciocínio.
Para um bom resultado na aprendizagem, Perkins, Loeblein e Harlow (2008) sugerem que o professor deve:
Definir metas de aprendizagem específicas - os objetivos de aprendizagem precisam ser específicas e mensuráveis. Muitas das simulações são complexas e os alunos podem tornar-se constrangidos;
Encorajar os alunos a usar o raciocínio - A atividade deve ser orientada para incentivar o aluno a operar em modo de aprendizagem e não em modo de desempenho;
Conectar e construir sobre o conhecimento prévio dos alunos - Fazer perguntas para obter as suas ideias. Orientar o uso dos simuladores para testar as ideias dos alunos. Confirmar as suas ideias ou enfrentar quaisquer equívocos. Proporcionar meios para que eles possam resolver as suas dúvidas;
Associar a experiências do mundo real - Os alunos vão aprender mais se poderem ver que o conhecimento é relevante para a sua vida quotidiana. As
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Programa desenvolvido pela Universidade de Colorado, que pesquisa e desenvolve simulações na área de ensino de ciências e as disponibiliza para serem usadas gratuitamente por qualquer utilizador. (http://phet.colorado.edu/)
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simulações podem usar imagens da vida quotidiana, mas aprenderão mais se relacionarem o conceito com as suas vidas quotidianas;
Incentivar atividades produtivas de grupo - As simulações fornecem uma linguagem comum para que os alunos possam construir a sua compreensão juntos. Quando eles comunicam as suas ideias e raciocínios com o outro, promove-se uma maior aprendizagem;
Não restringir excessivamente a exploração do aluno – As simulações são concebidos e testados para incentivar os alunos a explorar. Se o aluno tiver muitas direções a seguir, pode anular o seu pensamento ativo;
Exigir o raciocínio / sentido de decisões em palavras e diagramas - As simulações são projetados para ajudar os alunos a desenvolver e testar a sua compreensão e raciocínio sobre as coisas. As aulas são mais eficazes quando os alunos são convidados a explicar o seu raciocínio de uma forma variada;
Ajudar os alunos a acompanhar o seu raciocínio - Proporcionar oportunidades para os alunos verificarem o seu próprio raciocínio. Uma das formas é pedir-lhes para prever algo com base no seu novo conhecimento e, em seguida, verificar a previsão com a simulação.
Os mesmos autores defendem que existem algumas características únicas das simulações que podem ser uma mais-valia na resolução de atividades. Defendem que estes recursos são bastante mais envolventes que outros, isso significa que os alunos podem explorar o material sem orientação explícita ou feedback do professor. No entanto, como em qualquer outro recurso, existem simulações que exigem menos orientação que outras. Estas características únicas podem criar um ambiente de aprendizagem único. Os alunos irão explorar as simulações por conta própria, mais produtivamente do que seria possível com livros didáticos ou na maioria das experiências feitas no laboratório (Perkins, Loeblein e Harlow, 2008). Por conseguinte, com uma orientação excessivamente explícita e estruturada, os alunos exploram e aprendem menos.
Apesar de se dar um grande enfâse às simulações computacionais, como propulsoras de uma mudança radical no modo de ensinar ciências, é necessário chamar a atenção para os perigos que tal mudança pode trazer consigo. Como é de prever, existe uma diferença significativa entre manusear uma montagem e uma simulação computacional e como refere Medeiros e Medeiros (2002) se tal diferença não for
