UMA UNIDADE DE ANÁLISE PARA A PESQUISA SOBRE O USO DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS EM UMA SALA DE AULA DE FÍSICA

## UMA UNIDADE DE AN'LISE PARA A PESQUISA SOBRE O USO DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS EM UMA SALA DE AULA DE F"SICA 1

## AN UNIT OF ANALYSIS FOR THE RESEARCH ABOUT THE USE OF VIRTUAL LABS IN A PHYSICS CLASSROOM

## Renato Pontone Junior , Helder de Figueiredo e Paula 1 2

1 UFMG/FAE/Programa de Pós Graduaçªo, CEFET-MG, pontone@deii.cefetmg.br 2 UFMG/FAE/Programa de Pós Graduaçªo, UFMG/COLTEC/Setor de Física, helder100@gmail.com

## Resumo

Este trabalho Ø parte de uma pesquisa de doutorado em andamento, cujo objeto incide na investigaçªo de uma sala de aula de Física em que se faz uso sistemÆtico de ambientes virtuais, tais como simulaçıes e laboratórios virtuais. Do ponto de vista teórico, nós concebemos os ambientes virtuais como recursos mediacionais multimodais que reœnem inscriçıes didÆticas especialmente concebidas para representar fenômenos físicos e introduzir modelos explicativos, baseados na Física Escolar. No estÆgio atual da pesquisa, estamos no início da anÆlise dos dados gerados pela pesquisa de campo. No presente trabalho, apresentamos a unidade de anÆlise que concebemos para a pesquisa e mostramos como nós a utilizamos em um episódio de sala de aula. A questªo a que nos propusemos, neste trabalho, diz respeito à avaliaçªo da adequaçªo dessa unidade de anÆlise, inspirada nos cinco elementos da Teoria da Açªo Mediada, para o enfrentamento do problema da nossa pesquisa: considerando as potencialidades e limitaçıes retóricas e epistŒmicas dos ambientes virtuais e seu papel de mediadores dos processos de ensino e aprendizagem da Física escolar, como eles sªo utilizados na sala de aula investigada? Os dados que constituem o corpus da pesquisa foram gerados a partir de gravaçıes, em Æudio e vídeo, de aulas ocorridas em uma escola de Ensino MØdio TØcnico Integrado que Ø vinculada a uma instituiçªo federal de ensino superior. Como resultado do estÆgio atual da pesquisa aqui relatada, concluímos pela utilidade da unidade de anÆlise para a interpretaçªo do episódio selecionado e para a caracterizaçªo do uso de ambientes virtuais em uma sala de aula de Física.

Palavras-chave : Uso de simulaçıes e laboratórios virtuais; Teoria da Açªo Mediada; Recursos mediacionais.

## Abstract

This paper is part of a PhD research in progress, that aims to examine how a Physics Teacher uses virtual labs and how this mediational means constrain, as well as enable, your teaching and learning strategies. From our theoretical framework, virtual labs or virtual environments to teaching and learning Physics are multimodal mediational resources that gather didactic inscriptions specially designed to represent phenomena and introduce the students on explanatory models of Physics.

At this stage of our research, we are in the beginning of data analysis. We generated the data that form the corpus of our research from video recordings of lessons in a high school that offers technical courses. In this text, we presents our analysis unite and show how we use it for analyze a classroom episode gathering from our field research. This analysis unite was inspired on Mediated Action Theory, and here, we employed it in the analysis of an episode taken from one of the classes observed. In our final considerations, we concluded that our analysis unit is an appropriate tool for our research problem.

Keywords: Uses of virtual Labs; Mediated Action Theory; Mediacional means.

## Introduçªo

Neste trabalho, o termo ambiente virtual Ø empregado para designar aplicativos de computador que executam simulaçıes ou permitem a realizaçªo de experimentos em laboratórios virtuais. Nos œltimos anos, o uso de ambientes virtuais no ensino de ciŒncias, em geral, e no ensino da Física, em particular, tem se ampliado. Por conseguinte, esse tema tem sido objeto de vÆrios estudos hÆ pelo menos uma dØcada (MEDEIROS e MEDEIROS, 2002; FIOLHAIS e TRINDADE, 2003; ARAUJO e VEIT, 2004; GIORDAN, 2005; STUDART et al, 2010; PAULA e TALIM, 212).

Esperando contribuir para o debate sobre o tema, neste trabalho, analisamos um episódio retirado de uma das aulas de uma sequŒncia didÆtica destinada ao estudo do tema ondas, que foi mediada pelo uso de ambientes virtuais. Nosso objetivo aqui Ø avaliar a adequaçªo, bem como o potencial da unidade de anÆlise concebida para o enfrentamento do problema de pesquisa de uma tese de doutoramento. Esse problema foi assim formulado: considerando as potencialidades e limitaçıes retóricas e epistŒmicas dos ambientes virtuais e seu papel de mediadores dos processos de ensino e aprendizagem da Física escolar, como eles sªo utilizados na sala de aula investigada?

## Teoria da Açªo Mediada

O conceito de açªo mediada que utilizamos para construir nossa unidade de anÆlise serÆ aqui caracterizado a partir dos trabalhos de James Wertsch (1988, 1999), um autor conhecido por constituir o grupo de pesquisadores que realiza leituras contemporâneas do trabalho de Lev Semenovitch Vygotsky (1897 a 1934). Wertsch (1988) sugeriu que a abordagem teórica de Vygotsky pode ser entendida em termos de trŒs temas principais. Sªo eles: i) a crença no mØtodo genØtico ou evolutivo; ii) a tese de que os processos psicológicos superiores tŒm sua origem em processos sociais; e iii) a tese de que a atividade especificamente humana só pode ser entendida ao considerarmos o papel dos instrumentos e signos, que medeiam essa atividade.

Sem desprezar a importância dos dois primeiros temas, Wertsch concentrou seus estudos nos processos de mediaçªo, a partir dos quais construiu sua unidade de anÆlise - a açªo mediada - para compreender como o funcionamento psíquico de um sujeito se relaciona com o contexto cultural, institucional e histórico no qual ele se encontra em atividade. A esse respeito, Wertsch afirma que:

a tarefa de um enfoque sociocultural consiste em explicar e expor as relaçıes entre a açªo humana, por um lado, e os contextos culturais, institucionais e históricos nos quais essa açªo ocorre, por outro. (...) A noçªo específica de açªo a que me refiro Ø a açªo mediada (WERTSCH, 1999, p.48).

A concepçªo de açªo mediada pode ser entendida como uma açªo de sujeitos ou agentes, que Ø mediada pelo que Wertsch chama de mediacional means , um termo que temos traduzido com a expressªo recursos mediacionais. Cada momento histórico, cada sociedade e cada cultura disponibilizam um conjunto de recursos mediacionais que possibilitam a realizaçªo de açıes mediadas pelos sujeitos desse momento, sociedade e cultura.

Wertsch (1999) buscou em Kenneth Burke alguns subsídios para tornar o conceito de açªo mediada mais operacional na anÆlise da atividade humana. Burke (1969, apud Wertsch, 1999, p. 34) aponta cinco elementos que possibilitam a investigaçªo e a interpretaçªo das açıes humanas: i) Ato: o que aconteceu no pensamento e/ou nos fatos; ii) Cena: a situaçªo na qual o ato ocorreu; iii) Agente: quem realizou o ato; iv) Propósito: qual a intençªo do agente; v) AgŒncia: quais instrumentos foram utilizados. Esses cinco elementos estªo esquematizados na figura 1.

Figura 1 - Representaçªo esquemÆtica do Pentagrama de Burke

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Adaptado de:&lt;http://www.infoamerica.org/teoria/burke1.htm, &gt;. Acesso em: 15 mar. 2014

Burke considera que o pentagrama Ø uma ferramenta para realizar investigaçıes sobre a açªo humana e seus motivos, de modo a superar o reducionismo disciplinar das perspectivas deterministas.

Ao construir a noçªo de açªo mediada, Wertsch (1999) privilegia a relaçªo entre os agentes e suas ferramentas culturais, isto Ø, entre os agentes e a agŒncia, de acordo com a designaçªo de Burke. HÆ pelo menos duas justificativas para esse destaque. Em primeiro lugar, Wertsch (idem) acredita que esse destaque ajuda a superar as limitaçıes produzidas pelo individualismo metodológico baseado em uma perspectiva antropocŒntrica, que privilegia o agente quando busca compreender as forças que moldam a açªo humana. Em segundo lugar, o autor considera que a açªo mediada proporciona ideias importantes sobre as relaçıes entre agente, agŒncia e os outros elementos mencionados no pentagrama de Burke.

Para caracterizar a açªo mediada, Wertsch (idem) atribuiu dez propriedades à mesma. Para efeito da pesquisa relatada neste trabalho, destacaremos duas dessas propriedades e, a partir delas, faremos referŒncias indiretas às outras: (A) existe uma tensªo irredutível entre o agente e os recursos mediacionais; (B) os recursos mediacionais possibilitam, mas, ao mesmo tempo, restringem a açªo do agente. Wertsch (idem) explica a propriedade A por meio de dois exemplos. Um deles consiste na anÆlise da multiplicaçªo de dois nœmeros com trŒs casas decimais cada. Wertsch assinala que a açªo de multiplicar esses nœmeros nªo poderia ser

realizada sem o uso de um recurso mediacional. Ao realizarmos essa açªo, mesmo sem utilizar uma calculadora ou lÆpis e papel, fazemos uso de um algoritmo e de um sistema de numeraçªo, que, nesse caso, Ø o recurso mediacional que estÆ sendo utilizado. AlØm disso, nossa proficiŒncia na execuçªo dessa açªo Ø totalmente dependente das características do recurso mediacional específico que aprendemos a utilizar. Consequentemente, se somos impedidos de usar o sistema de numeraçªo indo-arÆbico e temos de operar, por exemplo, com nœmeros romanos, a grande maioria de nós nªo consegue realizar essa açªo. Nesse sentido, conclui Wertsch, podemos dizer que essa açªo, tomada como exemplo, envolve uma tensªo irredutível entre o agente e o recurso mediacional que esse sujeito utiliza. O mesmo acontece em qualquer outra açªo humana.

A escolha e o uso de um recurso mediacional nem sempre sªo processos conscientes. Ademais, ao usar um dado recurso, nªo precisamos compreender sua história e seus fundamentos. Por isso, as vezes somos, usando as palavras de Wertsch (1999, p.57, traduçªo nossa) 'consumidores irreflexivos - senªo ignorantes - de uma ferramenta cultural'. Tal afirmaçªo, segundo Paula e Talim (2012), nos permite concluir que o uso dos sistemas de signos, tanto na esfera social, quanto individual (ou mental), ocorre antes que os usuÆrios desses sistemas tenham uma completa compreensªo de seus significados ou aspectos funcionais. Tal afirmaçªo Ø totalmente consistente com a tese vygotskiana de que os processos psicológicos superiores e as capacidades especificamente humanas tŒm sua origem em processos sociais nos quais as açıes mediadas se desenvolvem.

Em relaçªo à propriedade B, Wertsch (idem) afirma que as restriçıes impostas por um recurso mediacional a uma açªo só costumam ser reconhecidas, em retrospectiva, atravØs de um processo de comparaçªo a partir da perspectiva presente. Assim, somente com o surgimento de novas formas de mediaçªo, nós nos tornamos capazes de reconhecer nossas limitaçıes como agentes, bem como as restriçıes impostas às açıes pelos recursos mediacionais anteriores. Por fim, a razªo para usar um dado recurso mediacional, em um dado contexto sociocultural, nªo se relaciona claramente com níveis superiores de rendimento oferecidos por aquele recurso. O emprego de um recurso mediacional particular pode depender de outros fatores, relacionados com os antecedentes históricos, assim como com o estigma de poder e autoridade cultural ou institucional adquirido por aquele recurso.

Aplicando essas propriedades da açªo mediada ao contexto e ao objeto de nossa pesquisa, compreendemos as diferenças entre os ambientes virtuais e as outras formas de mediaçªo usados na sala de aula que investigamos como efeitos: (i) das possibilidades e restriçıes inerentes a quaisquer recursos mediacionais; (ii) da história dos agentes, em particular do professor, na realizaçªo de açıes mediadas pelos ambientes virtuais que ele escolheu utilizar em classe.

## Metodologia

## Instrumentos de pesquisa

Os dados analisados neste trabalho foram gerados a partir de gravaçıes, em Æudio e vídeo, de aulas ocorridas em uma escola de Ensino MØdio TØcnico Integrado que Ø vinculada a uma instituiçªo federal de ensino superior. As aulas ocorreram na sala de aula um professor de Física experiente, familiarizado com ambientes virtuais, que atua em um ambiente adequado ao ensino e à

aprendizagem dessa disciplina, tanto em termos de recursos educacionais disponíveis, quanto da participaçªo discente nas aulas.

A turma que acompanhamos era constituída por 35 alunos cursando o 1' ano do ensino mØdio tØcnico integrado. A observaçªo das aulas ocorreu durante as œltimas 6 semanas do œltimo trimestre letivo de 2013. Nesse período, definido em acordo com o professor, acompanhamos uma sequŒncia de ensino sobre ondas.

Na gravaçªo das aulas mediadas por ambientes virtuais observamos a metodologia proposta por Kress et al. (2001) e, por isso, utilizamos duas câmaras de vídeo: uma delas posicionada no fundo da sala, voltada para o professor e a outra posicionada na frente da sala, voltada para os estudantes. O equipamento de gravaçªo de Æudio, utilizado de forma complementar às filmagens, ficou em posse do professor durante toda aula. Para o registro de atividades feitas em grupo no computador, a câmara foi posicionada de forma a captar a tela do computador, os gestos dos estudantes e suas interaçıes discursivas durante a atividade. Nesse caso, o equipamento de gravaçªo de Æudio foi colocado sobre a mesa para reduzir o efeito do ruído de fundo e garantir o registro da atividade discursiva dos membros do grupo.

Anotaçıes em caderno de campo foram realizadas para capturar certas interaçıes entre os estudantes e o professor que nªo tínhamos certeza de termos capturada pela gravaçªo em Æudio e vídeo ou que intuímos, durante a observaçªo, como sendo potencialmente importantes no processo de produçªo dos dados. Esse caderno tambØm serviu ao registro de comentÆrios e hipóteses que surgiram durante a observaçªo, de modo a constituir uma orientaçªo inicial para a anÆlise posterior dos dados relacionada ao acesso às gravaçıes.

## Apresentaçªo da unidade de anÆlise

A primeira etapa da anÆlise dos dados consistiu na elaboraçªo de um relato do período no qual ocorreu o trabalho de campo. Esse relato foi produzido a partir das notas do caderno de campo e da consulta aos vídeos das aulas. A partir dos relatos, nós construímos uma linha de tempo para demarcar os principais acontecimentos e as características das situaçıes nas quais o professor fazia uso de ambientes virtuais para ensinar Física a seus alunos. Um dos elementos que compıem essa linha de tempo Ø a aula que, no ambiente investigado, poderia ocorrer em intervalos de 50 ou 100 minutos. Concebemos uma unidade de anÆlise, inspirada no pentagrama de Burke, que nos permitiu separar cada aula como sendo constituída por diversos episódios. A estrutura dessa unidade de anÆlise segue reproduzida no quadro 1. A demarcaçªo de episódios dentro de uma determinada aula Ø realizada com o auxílio de todos os seis elementos que compıem nossa unidade de anÆlise.

Quadro 1 - Os seis elementos da unidade de anÆlise

A primeira coluna do quadro 1, permite a identificaçªo do ato, isto Ø, do que foi feito durante um determinado episódio da aula analisada, bem como da açªo complexa a partir da qual o ato foi constituído. A segunda coluna corresponde ao

propósito, isto Ø, aos objetivos que orientaram a realizaçªo do ato. A terceira coluna permite a identificaçªo das vÆrias açıes subsidiÆrias e suas respectivas operaçıes, que compıem a açªo complexa a partir do que se constituiu o ato. A coluna seguinte permite a identificaçªo dos recursos mediacionais usados pelos agentes, o que corresponde à agŒncia no pentagrama de Burke. A quinta coluna, caracteriza os agentes como sujeitos do ato e descreve o que eles fizeram naquele ato específico. Finalmente, a œltima coluna demanda uma descriçªo do cenÆrio ou situaçªo imediata, o que, indiretamente, nos remete ao contexto sócio histórico mais amplo no qual o ato ocorreu.

## AnÆlise de um episódio de sala de aula

Tendo em vista nosso problema de pesquisa, e definida a unidade de anÆlise, nós passamos a utilizar essa unidade para a interpretaçªo dos dados gerados pelo trabalho de campo. No quadro 2, reproduzimos a anÆlise de um episódio identificado na primeira aula da unidade temÆtica que acompanhamos durante o trabalho de campo.

A aula analisada foi a primeira da sequŒncia de ensino que acompanhamos e tinha como objetivo introduzir, junto aos estudantes, o tema - Ondas Mecânicas. Nessa aula, o professor apresentou algumas das principais características das ondas. A aula ocorreu logo após o intervalo que segmenta o turno da manhª e teve duraçªo de 100 minutos. TrŒs episódios foram identificados nessa aula: i) produçªo e interpretaçªo de ondas geradas em uma mola esticada ao longo do comprimento da sala; ii) produçªo e interpretaçªo de ondas simuladas pelo aplicativo "Ondas em uma corda", do projeto Phet (2014); iii) leitura do texto "As ondas elÆsticas e a Acœstica" (Amaldi, 1995, p. 208-223) mediada por um roteiro preparado pelo professor e realizada em duplas. No quadro 2, apresentamos uma caracterizaçªo inicial do 2' ato identificado na aula, a partir de nossa unidade de anÆlise.

## CenÆrio

Em termos do cenÆrio descrito no Episódio 01 , houve as seguintes mudanças: 2 (a) volta da sala à configuraçªo na qual estudantes permanecem voltados para o quadro e para o professor, porØm com carteiras mais próximas umas das outras do que de costume devido à manutençªo do corredor central; (b) dispersªo de vÆrios estudantes que deixaram de participar da aula e iniciaram conversas paralelas parcialmente coibidas pelo professor, que usou como estratØgia se aproximar desses estudantes e lhes dirigir questıes sobre o tema em pauta.

No episódio 02, pudemos perceber que o uso de um novo recurso mediacional, o aplicativo 'ondas em uma corda', esteve engendrado na realizaçªo de um novo ato constituído por uma determinada açªo complexa, orientado por um novo propósito e demandante de novas açıes dos agentes associadas a alteraçıes no cenÆrio. A partir do referencial teórico que adotamos na construçªo da unidade de anÆlise, a delimitaçªo de um episódio pode ser realizada em funçªo de uma alteraçªo identificada em qualquer um dos elementos da unidade de anÆlise. Nas aulas que observamos em nossa pesquisa de campo, todavia, notamos que a demarcaçªo dos atos pode ser realizada de modo mais inequívoco em funçªo de uma alteraçªo no recurso mediacional que medeia as açıes do professor e dos estudantes.

O episódio 02 nos traz uma evidŒncia de uma importante propriedade da açªo mediada: o fato dos recursos mediacionais possibilitarem e, ao mesmo tempo, restringirem a açªo. Esse episódio tem um propósito diretamente relacionado, em primeiro lugar, às limitaçıes do recurso mediacional anteriormente usado pelo professor (uma mola esticada ao longo do comprimento da sala usada para a produçªo de pulsos longitudinais ou transversais) e, em segundo lugar, às potencialidades do novo RM (o aplicativo 'ondas em uma corda'), no que diz respeito à representaçªo de processos inobservÆveis por ocasiªo da produçªo de pulsos na mola. Como estamos interessados, em nossa pesquisa, na caracterizaçªo das situaçıes em que o professor faz uso dos ambientes virtuais, nossa unidade de anÆlise tem se mostrado œtil para produzir os dados necessÆrios ao enfrentamento de nosso problema de pesquisa, uma vez que, por meio dessa unidade nós conseguimos caracterizar cada episódio como: (i) um ato que Ø o resultado de uma açªo complexa; (ii) que possui propósito; (iii) que Ø constituído por açıes e operaçıes por meio das quais o propósito Ø alcançado ou perseguido; (iv) explicitar as potencialidades e limitaçıes dos recursos mediacionais utilizados; (v) descrever papeis dos agentes nas açıes e operaçıes; (vi) caracterizar a situaçªo específica e o contexto sócio histórico nos quais o ato foi realizado.

Em termos da lista de açıes subsidiÆrias e suas respectivas operaçıes, que aparece no quadro 2, merece destaque o cuidado do professor em interpretar, junto aos estudantes, os signos que compıem as inscriçıes didÆticas expostas nas telas do aplicativo. De acordo com Roth et al (2005), o termo inscriçªo didÆtica designa de modo genØrico objetos como fotografias, tabelas, grÆficos, diagramas, fluxogramas e equaçıes usados para (i) integrar conjuntos complexos de informaçªo, (ii) ilustrar fenômenos difíceis de serem descritos em palavras, (iii) apresentar dados de forma sucinta. Esses autores tambØm nos mostram que a interpretaçªo de uma inscriçªo didÆtica envolve um intenso trabalho semiótico que nªo deve ser deixado apenas por conta dos estudantes.

## Consideraçıes finais

Neste trabalho apresentamos a unidade de anÆlise que estamos utilizando em uma pesquisa de doutorado, que tem como objetivo compreender como os ambientes virtuais sªo utilizados em uma sala de aula de Física como um recurso mediacional para o ensino e a aprendizagem. A unidade de anÆlise que concebemos tem se mostrado adequada ao nosso problema de pesquisa e Ø coerente com o marco referencial teórico que adotamos.

Investigar como um professor experiente utiliza os ambientes virtuais como um recurso mediacional para o ensino da Física escolar pode contribuir para entender as potencialidades e as limitaçıes de tais recursos. As implicaçıes desse tipo de pesquisa podem impactar no modo como planejamos atividades de ensino e aprendizagem mediadas por ambientes virtuais, com o intuito de explorar as potencialidades desses ambientes, bem como contornar suas limitaçıes. TambØm podem ser de grande auxílio na formaçªo inicial de professores que lidarªo, cada vez mais, com esses recursos em sala de aula.

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