ATIVIDADES EXPERIMENTAIS DE BANCADA E SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS: PERCEPÇÕES DOS ALUNOS SOBRE REALIDADE

## ATIVIDADES EXPERIMENTAIS DE BANCADA E SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS: PERCEPÇÕES DOS ALUNOS SOBRE REALIDADE a

## HANDS-ON EXPERIMENTAL ACTIVITIES AND COMPUTER SIMULATIONS: STUDENTS'S PERCEPTIONS ABOUT REALITY

Marcus Duarte 1,2 , Nathany Jammal 1 , Edio da Costa Junior , 1

- 1
- Doutorando do Programa de Pós-Graduação Conhecimento e Inclusão Social em Educação da FAE/UFMG

Instituto Federal de Minas Gerais, Campus Ouro Preto (IFMG-OP), Coordenadoria de Física 2

(marcus.duarte@ifmg.edu.br, tatajammal@yahoo.com.br, edio.junior@ifmg.edu.br,)

## Resumo

Esta pesquisa é parte de um projeto que está sendo desenvolvido no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais, campus Ouro Preto (IFMG-OP). O objetivo geral do projeto é criar roteiros adaptados para simulações computacionais que levem em conta as pesquisas sobre atividades investigativas e a forma como os estudantes lidam com representações. Este trabalho parte de alguns roteiros elaborados e aplicados com estudantes do 1º ano do ensino técnico para, em seguida, aplicar um questionário a fim de analisar a forma como os estudantes conectam as representações com os fenômenos estudados no ambiente virtual e em atividades de bancada. Para isso, começamos investigando as concepções deles sobre realidade. Os resultados indicam que a maior parte dos estudantes apresenta uma concepção sensorial de realidade, ou seja, real é aquilo que pode ser percebido por um ou mais dos nossos sentidos. Esta visão de realidade impacta a maneira como eles conectam as representações, no ambiente de simulação, com os fenômenos estudados. Percebemos outras concepções de realidade, como a inteligível e a existência a priori, porém em menor número. Também encontramos alunos com concepções múltiplas de realidade, atribuindo uma combinação das características sensorial, de existência a piori e inteligível. Embora alguns alunos explicitamente não conseguissem conectar as representações à realidade dos fenômenos, a maior parte dos estudantes mostrou claramente que é capaz de estabelecer uma ligação entre a representação e a realidade.

O resumo deve ser um único parágrafo, conter no mínimo 150 e no máximo 300 palavras, fonte Arial tamanho 12 - espaço simples, justificado.

Palavras-chave : Representações, Atividades Práticas, Simulações Computacionais

## Abstract

This research is part of a project being developed at Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais, campus Ouro Preto (IFMG-OP). The overall objective of the project is to create adapted guides for computational simulations that take into account the research on investigative laboratory activities and how students deal with representations. This work begins with some guides applied to students of 1st year of technical education. After the development of activities, a questionnaire was applied to analyze how students connect the representations with the phenomena studied in the virtual environment and hands-on activities. For this, we explore their conceptions about reality. The results indicate that most of the students have a sensory conception of reality, that is, real is what can be perceived by one or more of the senses. This vision of reality impacts the way they connect the representations in the simulation environment with the phenomena studied. Other conceptions of reality also appear as intelligible and the a priori existence, though in smaller numbers. We also found students with multiple conceptions of reality by assigning a combination of sensory features, the a piori existence and intelligible. Although some students do not explicitly connected to reality representations of phenomena, most students clearly showed that it is able to establish a connection between representation and reality.

## Keywords : Representations, Practical Activities, Computer Simulations

## Introdução

Este trabalho é parte de um projeto de pesquisa desenvolvido no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais, campus Ouro Preto (IFMG-OP), que visa à produção e adequação de roteiros de atividades práticas para ambientes virtuais de simulação. Para a criação deste material levamos em consideração resultados de pesquisas que apontam para novas práticas no laboratório escolar (BORGES, 1997; DUARTE, 2010) e que indiquem como os estudantes lidam com representações no ensino (AINSWORTH, 1999; LABURÚ; ZOMPERO; BARROS, 2013; REGO; GOUVÊA, 2013). O trabalho que apresentamos aqui versa sobre as relações que os estudantes estabelecem entre as representações de fenômenos, conceitos ou processos e suas concepções de realidade em ambientes de simulação em comparação com bancadas de laboratório.

A discussão sobre a natureza da Ciência é, também, uma discussão sobre a produção do conhecimento científico. Pensar em Ciência requer, desta forma, pensar em como o conhecimento científico é produzido e comunicado. Por mais que um cientista pesquise determinada entidade ou fenômeno ele não opera, cognitivamente, com aquela entidade. Nós interagimos com o mundo através de signos, formas com as quais mobilizamos o mundo. As formas com as quais representamos o conhecimento científico (equações, gráficos, desenhos, tabelas, categorias, diagramas) são exemplos de signos socialmente aceitos e utilizados pela comunidade científica. O processo da produção e compreensão do conhecimento científico passa, portanto, pela transformação entre formas de representação e seu entendimento. Porém, ainda que os cientistas não operem com as entidades, e sim com os signos, há um conhecimento tácito de que ao operar com o signo o cientista, de alguma forma, mobiliza o mundo.

Sendo tão importantes para a Ciência é de se esperar que as diferentes formas de representação, e suas transformações, sejam também importantes para o Ensino de Ciências. De fato, o Ensino de Ciências tem como diretriz preparar o estudante para compreender os conhecimentos do seu tempo e saber interagir com eles. Dessa forma, torna-se premente conhecer como os estudantes lidam com as representações e suas relações no ambiente de ensino-aprendizagem de Ciências.

- O advento de novas tecnologias, como o computador, tem modificado a forma como lidamos com algumas representações (BODEMER et al. , 2004; FIOLHAIS; TRINDADE, 2003; LOWE, 1999). Por exemplo, antes do acesso ao computador era difícil imaginar mais de uma representação sendo gerada simultaneamente, numa conexão dinâmica.

As atividades computacionais são, em sua essência, ambientes de representação. No entanto, não se pode ignorar a conexão entre a representação e a realidade. Assim como é importante dar ferramentas para o estudante se inserir dentro do discurso científico (que vem sendo chamado de letramento científico) também é relevante que saiamos da discussão exclusiva sobre a compreensão do discurso e tragamos para o debate as conexões feitas pelos alunos entre as representações e as entidades que são mobilizadas da realidade. Ou seja, que tipo de conexão é feita pelos alunos entre as entidades presentes no mundo e os signos que as representam? Neste sentido, propomos um primeiro passo na tentativa de identificar a percepção de estudantes sobre as representações em ambiente educacionais de simulação computacional. Para isso, exploramos qual a concepção de realidade desses alunos e como esta concepção influencia suas visões de uma prática experimental simulada no computador em comparação com uma feita em bancada.

## Metodologia

Os participantes desta pesquisa são 97 (noventa e sete) alunos do 1º ano do Ensino Médio, da modalidade técnico integrado, da rede federal de ensino. Eles têm uma aula de 50 minutos semanal de laboratório, que aborda temas relativos aos conteúdos tradicionalmente trabalhados nesta série (cinemática e mecânica), e 4 (quatro) aulas teóricas do mesmo assunto. Os professores das aulas teórica e prática são diferentes.

Durante os primeiros 6 (seis) meses do ano letivo os alunos fizeram, em grupos, atividades práticas em bancadas com materiais do tipo blocos, rampas, cronômetros, pesos etc. Este tipo de prática é comum nas escolas que dispõem de laboratório e equipamento. Em seguida, os alunos foram apresentados a um site b com várias simulações disponibilizadas gratuitamente, online ou offline , para fins didáticos e disponíveis também em português. Os alunos se dividiram em duplas para trabalhar no laboratório de informática. Na primeira aula eles foram solicitados a aprender sobre as ferramentas disponíveis em duas simulações específicas que seriam trabalhadas nas aulas seguintes (massas e molas; forças e movimento). Em seguida foram liberados para explorar diferentes simulações que tivessem interesse.

Nas aulas seguintes eles foram solicitados a conduzir duas atividades experimentais de acordo com roteiros elaborados previamente, da mesma forma

como eles estavam acostumados a fazer nas atividades de bancada. Os roteiros c exploravam a Lei de Hooke (simulação 'massas e molas') e a Força de atrito e a 1ª Lei de Newton (simulação 'forças e movimento').

Ao final desta sequência de aulas, aplicamos um questionário que visava investigar: a percepção dos estudantes sobre a existência real dos fenômenos ao conduzir uma atividade no computador ou na bancada; se, para o estudante, existe diferença nos fenômenos a partir do ambiente em que a atividade é conduzida; se existe diferença procedimental, em especial na questão de erro experimental, em atividades virtuais e de bancada; o engajamento do estudante para investigar questões que vão além do roteiro nestes dois ambientes e a percepção do próprio aprendizado nestes ambientes.

Algumas respostas foram deixadas em branco e outras estavam incompreensíveis (ou por não entendimento da letra ou do sentido que o aluno quis passar no texto). Como o questionário não foi identificado, estas questões não puderam ser analisadas. Além disso, 01 (um) aluno afirmou que não existia realidade, e suas respostas não puderam ser consideradas. Por estes motivos, o número de respostas por questão foi variado.

Neste trabalho, temos como foco a discussão das representações no ensino, muito presentes nas simulações computacionais, e as conexões feitas pelo estudante entre estas representações e os fenômenos em si. Portanto, vamos analisar as perguntas do questionário que se referem à primeira questão do projeto maior: qual a percepção dos estudantes sobre a existência real dos fenômenos ao conduzir uma atividade no computador e na bancada? Para responder a esta pergunta utilizaremos as três primeiras questões do questionário geral.

## Resultados

Apresentaremos os resultados detalhados de cada questão, ao final desta seção há uma tabela com os dados compilados.

Na primeira questão do questionário tínhamos como objetivo entender qual era a concepção de realidade dos estudantes:

## Questão 01 - O que você entende por real? Ou seja, para você o que é uma 'coisa' real?

As respostas a esta pergunta indicam que grande parte dos alunos (36 em 96) atribui à realidade características exclusivamente sensoriais. Ou seja, para o aluno é real aquilo que pode ser tocado, visto, sentido. Nesta questão, não distinguimos entre a percepção sensorial subjetiva, na qual o indivíduo reconhece como real aquilo que ele vivencia ou já vivenciou em suas experiências, da percepção sensorial objetiva, na qual a realidade passa pelas sensações não necessariamente do próprio indivíduo. Por exemplo, um aluno afirmou que real é ' o que eu (aluno) posso ver e pegar' . Neste caso, a realidade está associada com a percepção individual do aluno. Por outro lado, alguns alunos conferiram realidade às percepções, não necessariamente pessoais. Por exemplo, 'uma coisa 'real' é algo

que apresenta peso (massa), tamanho' , ou seja, a realidade precisa ser concreta e, portanto, apta a ser percebida pelos sentidos.

Outros 18 alunos julgaram a realidade como sendo algo inteligível, ou seja, afirmaram que real é aquilo que pode ser comprovado. Normalmente as respostas fazem referências às comprovações científicas, como, '(real) é uma coisa que é comprovada cientificamente, uma coisa que tem fundamento' .

Por fim, 12 alunos julgaram que a realidade tem uma existência a priori. Respostas deste tipo são, geralmente, 'É real porque existe' .

Outra resposta frequente é a combinação entre as características sensorial, existência a priori e inteligível. Quando os alunos respondiam com base em duas ou mais destas características classificamos como visão multifacetada (30 em 96). Por exemplo, real é 'uma coisa que se possa ver e que é comprovada' ou ainda 'real representa simulações do cotidiano e, também, apresenta dados verídicos, que tenham alguma forma de lógica e fundamento. Tudo que existe, que eu vejo, toco e, em parte, escuto' .

As questões 02 e 03 solicitavam ao aluno julgar se os fenômenos estudados no computador e na bancada, respectivamente, são reais. Estas questões pediam explicitamente que o aluno julgasse a realidade dos fenômenos com base na resposta da questão 01.

## Questão 02 - Diante da resposta anterior, os fenômenos estudados nos experimentos realizados no computador são reais? ( ) Sim ( ) Não Por quê?

As respostas à questão 02 sugerem que a maioria (70 em 94) confere realidade aos fenômenos quando estudados no ambiente de simulação. Os motivos são mais dispersos: representação do real (31), inteligível (17), sensorial (12), existência a priori (8) e multifacetada (2). A maior dos alunos (31) afirmou que os fenômenos no computador são reais porque 'são uma representação do real' . Ou seja, muitos estudantes percebem que numa simulação existe um ambiente de representação e que os fenômenos ali representados se conectam com a realidade. Há indícios, portanto, de que estudantes conseguem transpor da representação para a realidade dentro deste ambiente. Alguns exemplos de respostas categorizadas como representação do real são: 'pois simula ações e seu resultado é baseado em dados reais coletados' ; 'porque simboliza o físico virtualmente, ou seja, é apenas uma representação do real através de outro corpo real' ; 'porque representam um fenômeno que pode acontecer fora do computador' .

Por outro lado, 22 alunos responderam que os fenômenos estudados no computador não são reais sendo que 12 deles julgaram que as práticas no computador são apenas simulações da realidade. Por exemplo, 'porque são apenas experimentos feitos para podermos comparar com a realidade' ; 'por ser no computador. É uma simulação, nada além disso'; 'são somente representações gráficas de um fenômeno' . Sendo assim, estes alunos indicam uma dificuldade em relacionar as representações com os fenômenos reais. Desta forma, temos 31 alunos que mostraram claramente estabelecer uma conexão entre representação e realidade e 12 que indicaram explicitamente não fazer esta conexão.

Outros 09 alunos apresentaram justificativas baseadas na característica sensorial tátil, como 'porque não podemos tocar' . Os alunos que responderam sim a esta questão, com base em características sensoriais, afirmaram que os fenômenos são reais porque poderiam ver. Não era nosso objetivo fazer a distinção entre as

percepções visuais e táteis. No entanto, nossos dados indicam que os alunos lidam diferentemente com estes sentidos na conexão entre realidade e simulação, deixando aberta uma questão a ser explorada. Por fim, 01 aluno respondeu não à pergunta e justificou com base em características sensoriais e de simulação, portanto uma visão multifacetada.

## Questão 03 - E os fenômenos estudados num experimento na bancada , são reais? ( ) Sim ( ) Não Por quê?

Esta questão teve um índice muito elevado de respostas afirmativas (90 em 94). Destas, 48 alunos justificaram por características sensoriais, 20 por questões inteligíveis, 9 por existência a priori e 13 por ser um 'recorte do cotidiano'. Os alunos que justificaram como um 'recorte do cotidiano' compararam o experimento controlado no laboratório com situações vivenciadas, por exemplo: 'porque é o que realmente ocorre no nosso dia a dia' ; 'pois são fenômenos que convivemos no dia a dia, mesmo que de um jeito diferente' .

Somente 04 alunos afirmaram que os experimentos na bancada não são reais. Para dois deles, os experimentos didáticos apresentam grandes 'erros' (discrepância entre o resultado e o esperado) e isto os distancia da realidade. Para eles, o real é aquilo que a teoria explicou e, portanto, a prática deve estar de acordo com o previsto. Parece haver uma confusão entre o fenômeno ocorrido e o que deveria ter acontecido de acordo com suas expectativas. Os outros 02 alunos julgaram que a prática na bancada não é real por ser uma simulação da realidade. Ou seja, o recorte feito em condições laboratoriais não condiz com sua experiência cotidiana, logo não seria real.

Um resumo dos dados pode ser observado na tabela a seguir.

Tabela 1 - Dados compilados das respostas dos alunos

## Conclusão

Neste trabalho apresentamos um estudo sobre a concepção dos alunos sobre realidade e como esta concepção interfere em suas percepções das práticas experimentais em ambientes tradicionais de bancada e ambientes de simulação computacional. Nossos resultados indicam que a maior parte dos alunos atribui uma característica sensorial, ou seja, real é aquilo que pode ser tocado, visto ou sentido de alguma forma. Esta percepção impactou a maneira como eles enxergam os fenômenos nestes diferentes ambientes de aprendizagem. Por exemplo, para 09 alunos, os fenômenos representados no computador não são reais, pois não é possível tocá-los. Esta percepção levanta um questionamento sobre a conexão que os estudantes fazem entre representações e realidade. Além disso, quase nenhum estudante afirmou que os fenômenos estudados em atividades de bancada não são reais. Mais uma vez acreditamos que o forte apelo sensorial deste tipo de atividade possa ter impactado nas respostas. Por outro lado, 31 estudantes mostraram explicitamente uma conexão entre a representação no computador e os fenômenos estudados.

Outro resultado que destacamos à inteligibilidade da realidade. Para parte dos estudantes real é aquilo que pode ser comprovado, em especial cientificamente. Apesar do contexto acadêmico da sala de aula ter influenciado o aluno a conferir inteligibilidade à realidade, na primeira questão, acreditamos haver indícios da forte influência da cultura científica sobre outras formas de conhecimento. Nas questões em que ele foi solicitado a mobilizar sua concepção de realidade para avaliar os fenômenos, a característica de inteligibilidade voltou a surgir com frequência.

Conseguimos perceber que as características sensoriais e inteligíveis na concepção de realidade dos alunos são dominantes. Ainda que outras formas de ver a realidade fossem percebidas, como a existência a priori.

- O próximo passo desta pesquisa é analisar as outras questões do questionário e cada aluno como um todo. Ou seja, analisar as questões de um mesmo estudante e tentar retirar deste conjunto de respostas uma linha condutora do pensamento do indivíduo. Esperamos que esta análise individualizada aponte para uma multiplicidade de concepções utilizadas em cada situação diferente, pois acreditamos que cada indivíduo tem um perfil conceitual (MORTIMER, 1996) de realidade, mobilizado diferentemente em cada situação.

## Referências

AINSWORTH, S. The functions of multiple representations. Computers & Education , v. 33, p. 131-152, 1999.

BODEMER, D. et al. The active integration of information during learning with dynamic and interactive visualizations. Learning and Instruction , v. 14, p. 325-341, 2004.

BORGES, A. T. O papel do laboratório no ensino de Ciências. I Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Ciências. 1997.

DUARTE, M. Reações de estudantes frente a dados inesperados . 2010. Universidade Federal de Minas Gerais, Faculdade de Educação, Belo Horizonte, 2010. Disponível em:

<http://www.bibliotecadigital.ufmg.br/dspace/bitstream/1843/BUOS8GAHHU/1/rea\_\_es\_de\_estudantes\_frente\_a\_dados\_inesperados.pdf>.

DUFRESNE, R. J.; GERACE, W. J.; LEONARD, W. J. Solving Physics Problems with Multiple Representations. The Physics Teacher , v. 35, p. 270, 1997.

FIOLHAIS, C. .; TRINDADE, J. Física no computador: o computador como uma ferramenta no ensino e na aprendizagem das ciências físicas. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 25, n. 3, p. 13, 2003.

LABURÚ, C. E.; ZOMPERO, A. DE F.; BARROS, M. A. Vygotsky e múltiplas representações: leituras convergentes para o ensino de ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 30, n. 1, p. 7-24, 2013.

LOWE, R. K. Extracting information from an animation during complex visual leaming. European Journal of Psychology of Education , v. 14, n. 2, p. 225-244, 1999.

MORTIMER, E. F. Construtivismo, mudança conceitual e ensino de ciências: para onde vamos? Investigações em ensino de Ciências , v. 1, n. 1, p. 20-39, 1996.

REGO, S. C. R.; GOUVÊA, G. Imagens na disciplina escolar física: possibilidades de leitura. Investigações em Ensino de Ciências , v. 18, n. 1, p. 127-142, 2013.