DESIGN INSTRUCIONAL E O ENSINO DE RELATIVIDADE RESTRITA

## DESIGN INSTRUCIONAL E O ENSINO DE RELATIVIDADE RESTRITA

## INSTRUCTIONAL DESIGN AND THE TEACHING OF RELATIVITY

Andreson Lopes de Lacerda 1 , Tatiana da Silva 2

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UFSC/PPGECT,andrelopescg@gmail.com UFSC/Departamento de Física e PPGECT,tati@fsc.ufsc.br

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## Resumo

Neste trabalho, apresentam-se o design instrucional do conteúdo de Relatividade Restrita desenvolvido em um ambiente virtual de aprendizagem (AVA), o Moodle, para uma disciplina presencial de física básica do ensino superior e as suas bases teóricas e metodológicas do seu processo de elaboração e de produção. Nesse sentido, busca-se refletir suas potencialidades e sob quais aspectos devem ser incorporados como ferramenta de apoio ao processo de ensino-aprendizagem e ainda de quais construtos educadores e instituição de ensino devem lançar mão. As tecnologias de informação e comunicação (TICs) têm um enorme potencial para enriquecer e facilitar o processo de ensino e aprendizagem, mas ainda não se alcançou níveis satisfatórios de seu uso. Observa-se que se ressente de planejamento, desenvolvimento de metodologias e práticas para sua utilização adequada a fins educacionais. É importante a aproximação entre a teoria e a prática para a construção de opções didáticas e metodológicas que potencializem o uso da tecnologia para melhoria da aprendizagem e do exercício da profissão de professor. Estruturar as ferramentas e recursos de espaços online demanda a compreensão de que maneira dispô-los estrategicamente, quais as mídias são mais adequadas e qual a linguagem deve ser utilizada para a apresentação dos conteúdos. O Design Instrucional (DI) pode auxiliar na adoção de metodologias mais adequadas para essa flexibilização da sala de aula e potencializar a aprendizagem nesses espaços. Discutem-se nesse trabalho as questões relacionadas ao desenvolvimento do material didático na perspectiva do design instrucional para AVA, assim como a sua integração como ferramenta de apoio ao ensino presencial.

Palavras-chave : ensino de física, ambiente virtual de aprendizagem, design instrucional.

## Abstract

In this paper, we present the design of the instructional content of special relativity developed in a virtual learning environment (VLE) for a face to face basic physics discipline of higher education. We also highlight the theoretical and methodological bases of its process of development and production. In this sense, we reflect about their potential and in which aspects they should be incorporated as a tool to support the teaching-learning process as well as the constructs which educators and educational institutions shall lay hands. In spite of their spread, the use of digital resources (ICT) in education resents the planning, development of methodologies and practices for their appropriate use for educational purposes. We

consider that it is important rapprochement between theory and practice for the construction of educational and methodological options that enhance the use of technology to improve learning and the teacher's practice. We claim that design tools and resources in areas of online education demands an understanding of how to dispose them strategically, which media are most appropriate and what language should be used for the presentation of contents and activities. Within this scenario that the instructional design (ID) can contribute since it can assist in the adoption of more suitable methods for this easing of the classroom and enhance learning in these spaces. In this paper therefore is discussed the issues related to the development of courseware in instructional design perspective of virtual learning environments as well as their integration as a tool to support classroom learning.

Keywords: physics education, higher education, virtual learning environment, instructional design.

## Introdução

Há um debate sobre a integração de metodologias de ensino-aprendizagem utilizadas no contexto online para flexibilizar a sala de aula presencial (KENSKI, 2009a, 2009b; MORAN, 2003; SILVA, 2010). É nesse cenário que surgem os ambientes virtuais de aprendizagem (AVA), cada vez mais presentes no cotidiano das instituições de ensino superior. Esses espaços, fundamentados na internet, possuem um conjunto de ferramentas e de recursos que podem ser empregados como um reforço aos métodos formais de ensino e como possibilidades de renovação das oportunidades de aprendizagem. Desenhar espaços online , tais como os AVA exige atenção para que os fundamentos da educação sejam garantidos ao mesmo tempo em que se propõe a considerar os fundamentos do digital, do hipertexto e 'romper com a linearidade dos livros e das apostilas eletrônicas' (SILVA, 2008, p. 14). Estruturar as ferramentas e recursos de espaços online demanda a compreensão de que maneira dispô-los estrategicamente, quais as mídias são mais adequadas e qual a linguagem deve ser utilizada para a apresentação dos conteúdos. Nesse sentido, o Design Instrucional (DI) pode auxiliar sobremaneira na adoção de metodologias mais adequadas para essa flexibilização da sala de aula e concomitantemente potencializar a aprendizagem nesses espaços.

Partindo desses pressupostos, discutem-se aqui questões relacionadas ao desenvolvimento do material didático na perspectiva do design instrucional para AVA, assim como a sua integração como ferramenta de apoio ao ensino presencial, na busca por sinalizar a necessidade de todos os envolvidos no processo educativo aprenderem a conviver com as linguagens e com os formatos de materiais didáticos viabilizados pelos espaços online .

## Design Instrucional em AVA

Estruturar um AVA exige a criação de situações de aprendizagem que busquem aproveitar todo o seu potencial, criar conexões com o ambiente online e a realidade dos alunos (SANTOS e SILVA, 2009; FILATRO, 2007, 2008). A elaboração de materiais e de atividades instrucionais digitais exige um entendimento de como as pessoas aprendem de acordo com a fase de desenvolvimento humano (infância, adolescência e adulta), saber quais são as especificidades do conteúdo abordado, compreender quais são as ferramentas e os recursos tecnológicos adequados aos objetivos pretendidos, a linguagem que vai tornar a comunicação

efetiva e a forma de apresentação e de disponibilização do 'produto final' que inclui também em pensar sua estética. Toda essa rede ampla de saberes precisa estar em fase, em consonância com os pressupostos teóricos para criar condições de uma aprendizagem efetiva. O DI constrói suas bases a partir da integração de várias áreas que o fundamentam (ciências humanas, ciências da informação e ciências da administração). O profissional responsável por desenvolver as ações do DI é o designer instrucional, cujas competências estão embasadas nas diferentes áreas que o DI e são desenvolvidas por meio de uma formação multidisciplinar aliada à experiência e à vivência prática. Fenômenos recentes, a exemplo do ensino a distância via internet, produção de cursos e atividades educativas em ambientes online , desenvolvimento de objetos digitais de aprendizagem, de materiais hipermídia, têm evidenciado e redimensionado a atuação deste profissional. Nesse sentido, é importante a formação de equipes de trabalho ou de produção multidisciplinares lideradas pelo designer instrucional para atuar junto ao professor ampliando o campo de possibilidades para a construção do conhecimento no AVA. Entende-se que os AVA são espaços nos quais acontecem a interação entre conteúdos, ferramentas e pessoas e para que seja possibilitada a aprendizagem. Parte-se da premissa de que o que interessa 'é o que as pessoas fazem com os conteúdos educacionais, e o que as ferramentas permitem que as pessoas façam a fim de que a aprendizagem ocorra' (FILATRO, 2008, p. 125). Para tanto, nos AVA o designer instrucional se ocupa da organização das tarefas de ensinar e de aprender a partir de estratégias que vinculem conteúdos, ferramentas e os atores do processo educativo.

## Fundamentação teórica

A proposta de DI, particularmente em AVA, sugere integrar uma variedade de norteadores teóricos relacionados à aprendizagem e ao comportamento humano, bem como entender de que maneira os conteúdos podem ser apresentados, recebidos e processados de forma concisa. Desenhar esses espaços, portanto, demanda a compreensão de aspectos que contemplam abordagens e estratégias instrucionais, baseadas na integração de teorias de aprendizagem comunicacionais e cognitivas. As abordagens é que vão definir as condições estruturais em que uma ou outra teoria é apropriada para o desenvolvimento de um DI específico. Os princípios instrucionais para AVA online vêm sendo fundamentados na ideia de que os AVA devem trazer em seu bojo metodologias diferenciadas e devem se basear na combinação de teorias da aprendizagem, em vez de se limitarem em uma única perspectiva teórica. Partindo desses pressupostos, decidiu-se nesse trabalho, adotar o modelo proposto por Ally (2004) que por sua vez se baseia na integração das teorias de aprendizagem. As estratégias são definidas em quatro eventos distintos, o primeiro é denominado 'preparação do aluno', no qual são elaboradas atividades para introduzir o conteúdo de modo a motivá-lo, investigar os seus conhecimentos prévios e apresentar os objetivos. O segundo e o terceiro eventos, chamados pelo autor de 'atividades de aprendizagem' e 'interação' podem ser considerados indissociáveis, pois se apregoa que as atividades devem ser propostas de modo a propiciar interação entre alunos e professores, alunos e conteúdos, alunos e interface e entre alunos e alunos. O quarto evento, denominado 'transferência' é onde são propostas as atividades nas quais os alunos podem demonstrar o que o conteúdo proporcionou de significado pessoal e para a aplicação na vida real (Figura 1).

Figura 1Eventos instrucionais para AVA. Adaptado de Ally (2004, p. 25)

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A proposição desses eventos envolve basicamente três processos: elaboração de conteúdos, elaboração de atividades e a apresentação de ambos no AVA. A apresentação dos conteúdos, particularmente, deve lançar mão do potencial da internet. Silva (2008, p. 8) orienta que o roteiro do curso ou da disciplina deve ser implementado a partir de múltiplas combinações de linguagens e recursos considerando-se alguns aspectos na combinação dessas linguagens, para não gerar sobrecarga cognitiva. Nesse sentido, tomou-se como base a teoria da carga cognitiva (CLT) (SWELLER, van MERRIENBOER e PAAS, 1998; FILATRO, 2008; JONG, 2010). De acordo com a ciência cognitiva, a compreensão é frequentemente caracterizada como a construção de um modelo mental que representa os objetos e as relações semânticas descritas em um texto. Há processos que vão favorecer essa construção e outros que a limitam em decorrência do esforço mental necessário a esse processo de construção. Cabe assim ao DI utilizar estratégias que facilitem os canais de processamento da informação pela memória. Outro aspecto preponderante é a diversificação da linguagem. A elaboração de materiais didáticos digitais demanda a utilização de duas linguagens: a linguagem escrita e a linguagem visual. A linguagem escrita utiliza-se de hipertextos e textos para apresentar o conteúdo, como também, a comunicação entre os sujeitos e objetos e conteúdos envolvidos. Já a linguagem visual, é utilizada no AVA (interface de navegação e interface de interação) e nos conteúdos propostos (por meio de imagens, audiovisuais, desenhos, ilustrações). Lançar mão da união de hipertexto, multimídia e hipermídia para compor a linguagem dos conteúdos a serem apresentados, pressupõe ativar os sentidos dos alunos, considerar diferenças individuais e estilos cognitivos. Para tanto, optou-se por utilizar a linguagem hipermídia. Destaca-se que esses recursos têm existência fora do contexto educacional e suas definições são emprestadas de outras áreas como comunicação, jornalismo e inclusive do cinema. Nesse trabalho, as definições adotadas estão de acordo com as apresentadas por Gosciola (2003): o hipertexto é um texto digital composto por conjuntos de informações, blocos de conteúdos (lexias) interligados por elos associativos, chamados links que permitem que o leitor 'percorra' o texto, ou seja, que faça sua leitura na ordem que desejar. No caso do hipertexto, esses links normalmente são outros documentos, outros textos. A multimídia por sua vez é a integração em uma

mesma tecnologia de informações diversas como imagens, animações, sons, vídeos, textos dentre outros, mas com pouca interatividade. Já a hipermídia é a tecnologia que reúne recursos de hipertexto e de multimídia viabilizando uma exploração de diferentes partes de um material de maneira não linear. A hipermídia se distingue da multimídia por apresentar um nível de interatividade, de navegabilidade e de volume de documentos superior e com mais informações audiovisuais do que o hipertexto (GOSCIOLA, 2003, p. 34).

Para propiciar a interação do aluno com o conteúdos e com os conhecimentos produzidos e compartilhados na rede, Lemos et al (1999) recomendam que sejam estruturados links que contemplem: intratextualidade, links no mesmo documento ou conteúdo, por exemplo: conectar um conteúdo a uma atividade a ser realizada logo em seguida; intertextualidade, links com outros sites ou documentos, tais como: bibliotecas virtuais, textos acadêmicos, literários ou jornalísticos, história em quadrinhos, relatos, histórias de vida e outros; multivocalidade, links para agregar multiplicidades de pontos de vista ao conteúdo, tais como: páginas de outros professores, bibliografia que não a recomendada para a disciplina e outros. Silva (2008, p.8) ainda acrescenta: multilinearidade: leitura sem hierarquias estabelecendo-se links que possibilitem ao aluno navegar pelo conteúdo de maneira não linear, para tanto, recomenda-se a utilização de organizadores gráficos e usabilidade que é fácil acesso à informação e navegabilidade intuitiva. As atividades devem ser propostas, segundo Silva (2008) de modo a provocar situações de inquietação criadora; promover ocasiões que despertem a coragem para enfrentamento das situações que provoquem reações individuais e grupais; incentivar a participação dos alunos na resolução de problemas, de forma autônoma e cooperativa; convocar os alunos a apresentar, defender e, se necessário, reformular seus pontos de vista constantemente; desenvolver atividades que propiciem a livre expressão, o confronto de ideias e a colaboração entre os estudantes; formular problemas voltados para o desenvolvimento de competências que possibilitem ao aluno resignificar ideias, conceitos e procedimentos.

## Design Instrucional do conteúdo de Relatividade Restrita

A disciplina presencial escolhida foi uma disciplina de física ministrada por um dos autores desse trabalho. O ambiente virtual de aprendizagem utilizado é o Moodle disponibilizado pela Universidade Federal de Santa Catarina para o ensino presencial desde 2009. Propôs-se o design instrucional do conteúdo de Relatividade Restrita (RR), aplicada a essa disciplina ofertada para um curso de engenharia no segundo semestre de 2011. A justificativa para escolha desse conteúdo está no fato de se tratar de um tema de difícil entendimento por parte dos alunos, por possuir bibliografia e pesquisa em ensino de física escassa em nível de graduação (Huggins,2011). Em linhas gerais os conteúdos abordados foram o princípio da relatividade, o problema com a Mecânica Clássica, as transformações de Galileu e a luz, a busca pelo éter (o experimento de Michelson-Morley), os postulados da relatividade restrita, cinemática e dinâmica relativísticas, sistema de unidades convenientes, formalismo no espaço-tempo, todos dispostos de acordo com os organizadores gráficos ilustrados na Figura 2. Optou-se por lançar mão de ferramentas e de recursos digitais que possibilitassem apresentar o conteúdo em uma linguagem diversificada, incentivar a construção coletiva do conhecimento e promover a interatividade. No presente trabalho a equipe multidisciplinar foi composta por dois componentes desempenhando várias funções concomitantemente são eles: o designer instrucional, que analisou o conteúdo,

propôs estratégias de aprendizagem, organizou a estruturação dos conteúdos, cuidou dos aspectos gráficos, indicou ferramentas e recursos para adequação dos conteúdos, os implementou nas interfaces do AVA e forneceu suporte técnico aos alunos durante a aplicação do piloto e o professor da disciplina, que foi a responsável por criar os roteiros dos conteúdos e das atividades, indicar bibliografia, analisar as estratégias propostas para verificar se as mesmas se adequavam aos alunos, aplicar as atividades, auxiliar na condução de todo o processo, ajudar na elaboração das estratégias e avaliar os alunos.

## Estratégias adotadas

Na literatura encontram-se propostas de desenvolvimento de ambientes virtuais para ensino de física, principalmente, para cursos de engenharia cada uma com suas especificidades (AZIZ et al, 2007; CALLAGHAN et al, 2009; NAKAMOTO et al, 2010). Nesse trabalho, de acordo com o modelo adotado, no primeiro evento, 'preparação', adotou-se como estratégia investigar os conhecimentos prévios dos alunos sobre Relatividade Restrita e permitir que eles se aproximassem do conteúdo. A atividade sugerida é a de respostas breves por meio de uma Enquete. Em seguida, tendo-se como base o evento citado, as estratégias adotadas foram: a) ativar a atenção dos alunos e criar vínculos iniciais com o conteúdo, apresentando-o em linhas gerais através de um link para uma matéria jornalística sobre o assunto; b) apresentar os objetivos das atividades que foram desenvolvidas no AVA e de que maneira estavam estruturadas e c) motivar os alunos para que eles percebam que o conteúdo pode ser estudado de maneira lúdica e com linguagem diversificada. Nessa ocasião disponibiliza-se também no rótulo inicial um vídeo que mostra brevemente como foi descoberta a teoria da Relatividade Restrita. No que tange os segundo e terceiro eventos, 'atividades de aprendizagem e interação' buscou-se estimular a leitura sobre o conteúdo e com isso apresentar conceitos, definições, princípios e teorias subjacentes à teoria da Relatividade Restrita. Essa proposta, no entanto, carecia de recursos que pudessem oferecer espaço para textos que incorporassem linguagens variadas (recursos imagéticos, simuladores, vídeos, hiperlinks ) levando-se em consideração as diferenças individuais dos alunos (aqueles que se identificam mais com a leitura e aqueles que atendem melhor a estímulos visuais). Nesse sentido optou-se pela utilização do ' Book (Livro)', ferramenta que fornece a inserção de conteúdo de forma sequenciada, a partir de um sumário, ao mesmo tempo em que o aluno pode percorrer o conteúdo de maneira não linear. Para essa estratégia adotou-se também a ferramenta 'Lição' que serviu de interface para alocação das notas de aula que já estavam disponíveis no AVA. Para que os alunos pudessem percorrer o conteúdo disponibilizado nos Books foram criados organizadores gráficos que permitiam que o conteúdo fosse acessado de maneira não linear. A Figura 2 apresenta a tela do tópico Relatividade Restrita disponibilizado no Moodle. Pode-se observar a interface gráfica integrando os diferentes recursos e a possibilidade de navegação não linear pelos diferentes temas. Além das leituras faz-se necessário que o aluno pratique o que compreendeu, para tanto as estratégias e objetivos adotados foram: a) proporcionar prática, através de testes objetivos e exercícios de escrita curta para que os alunos refletissem sobre o tema estudado e apresentassem sua compreensão. Desenvolveu-se, assim, questionários com questões de múltipla escolha, respostas

Figura 2 Tópico de Relatividade Restrita de acordo com o design instrucional adotado

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breves e questões dissertativas e b) incentivar a pesquisa para que através de outras fontes de informações os alunos construíssem sua compreensão e definição sobre o que estavam aprendendo e permitissem a interação com outros saberes. Nessa oportunidade foi indicado como ferramenta, o ' workshop (laboratório de avaliação)' que possibilita aos estudantes apresentarem os resultados de suas pesquisas e interagirem com os demais alunos através de avaliação entre pares. Na ocasião foram pré-definidos critérios para auxiliar os alunos a efetuarem a leitura dos trabalhos dos pares de maneira crítica e direcionada. Como estratégias de interação e de colaboração foram fornecidos também dois fóruns para que os alunos discutissem o conteúdo através de argumentações e assim estimulassem a capacidade de relacionar de maneira lógica os conceitos e definições estudados, bem como argumentassem e contra-argumentassem as proposições dos colegas. O fórum foi proposto nesse momento porque se entende que a construção de argumentações e definições por parte dos alunos deve acontecer depois que os conteúdos são apresentados e trabalhados. No último evento, o de 'transferência', entendido como um momento onde o aluno já passou por todas as fases de aprendizagem do conteúdo e, consequentemente, já é capaz de fornecer uma visão mais ampla e profunda e com isso transferir o aprendizado para outros contextos, propôs-se uma atividade utilizando a ferramenta wiki , que além de promover colaboração, possibilita a construção coletiva do conhecimento.

## Resultados

A disciplina possuía 30 alunos matriculados dos quais 25 participaram efetivamente da proposta. No total foram propostas 18 atividades entre questionários, tarefas de envio de arquivo, workshop , fóruns e wiki . As atividades ocorriam em paralelo às aulas presenciais. Observamos que houve um grande número de participação dos alunos nas atividades propostas no AVA, assim como é possível destacar o empenho nas atividades de pesquisa, pois apresentaram os seus trabalhos lançando mão de recursos como vídeos, diagramas e imagens. Contudo, em atividades que exigiam colaboração, como a wiki , percebeu-se que houve pouca interação entre alunos. Entende-se que a escrita colaborativa com a modificação nos textos criados por diferentes autores, criação de páginas auxiliares e de links para outras páginas da internet ainda precisa ser mais trabalhada e estimulada. A percepção por parte dos alunos foi avaliada utilizando-se um

questionário disponibilizado no AVA com perguntas que versavam sobre os elementos constitutivos do DI (apresentação dos conteúdos, utilização de ferramentas, propostas de atividades e sua influência na aprendizagem) e perguntas que apontassem críticas e sugestões sobre o conteúdo de RR desenhado no AVA. Em linhas gerais, 80% dos alunos concordam ou acreditam que esse formato de apresentação dos conteúdos e as propostas de atividades contribuíam para a sua aprendizagem sendo que 53% dos respondentes concordam e 27% concordam totalmente. Dentre os apontamentos e considerações feitas podem-se exemplificar comentários dos alunos:

'O bacana disto foi a modo como as aulas tornaram-se dinâmicas e consequentemente mais interessantes. Esta dinamizada possibilitou que muitos alunos aprendessem uma vez que pôde englobar os vários métodos de ensino com que cada um aprende melhor'. (Aluno 15)

## Considerações Finais

Apresentamos os princípios utilizados para a elaboração de material instrucional de física com o intuito de desenvolver metodologias adequadas ao favorecimento do processo de ensino e de aprendizagem mediados por recursos digitais. A atuação de diferentes profissionais exige a adoção de uma estratégia instrucional bem definida: escolhe-se o conteúdo, quais os recursos didáticos que serão explorados, como eles serão estruturados e quais serão as possibilidades que poderão ser exploradas. O intuito é o de viabilizar uma educação online que propicie uma aprendizagem efetiva e que procure valorizar diferentes formas de apresentação dos conteúdos. Trata-se de um processo complexo e que envolve a formação de equipes multidisciplinares, alto investimento de tempo e recursos. Entretanto, após a sua produção e disponibilização podem ser utilizados em diferentes contextos, em diferentes sistemas operacionais, por muitas pessoas ao mesmo tempo. Exigem muita reflexão, coerência e clareza sobre os objetivos de aprendizagem, opções de interatividade e a relevância da visualização no ensino. A partir da utilização do material em uma disciplina presencial e das contribuições dos alunos, é possível dimensionar a importância da utilização de AVA como complemento às aulas presenciais, pois além de possibilitar o desenvolvimento de atividades em linguagens diversificadas considerando aspectos cognitivos e o perfil de aprendizagem dos alunos, possibilita a promoção da aprendizagem a partir de outras perspectivas.

## Agradecimentos

O presente trabalho contou com o apoio da CAPES (Projeto TIC's/UFSC e Observatório da Educação 73/2010.

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