USO DA LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO SCRATCH COMO RECURSO AUXILIAR PARA O ENSINO DE FÍSICA QUÂNTICA.

## USO DA LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO SCRATCH COMO RECURSO AUXILIAR PARA O ENSINO DE FÍSICA QUÂNTICA.

## USE OF THE SCRATCH PROGRAMMING LANGUAGE AS A RESOURCE ASSISTANT FOR EDUCATION IN QUANTUM PHYSICS.

Gylly Peterson Fernandes Lima 1 , Marcony Silva Cunha 2 , Alexandre Gonçalves Pinheiro , 3

- 1 UECE - Universidade Estadual do Ceará / Física - MNPEF / FECLESC, prof.peter@hotmail.com

2 UECE - Universidade Estadual do Ceará / Física - MNPEF / CCT, marcony.cunha@uece.br 3 UECE-FECLESC-CE / ES-UFC-QUIXADÁ-CE, alexandre.goncalves@uece.br

## Resumo

A proposta do presente trabalho surgiu mediante a iniciativa da criação de uma estratégia didática que gere um produto educacional no Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF - POLO 23 - UECE/FECLESC. Assim, objetivou-se implementar o uso e a produção de aplicativos computacionais como recursos auxiliares para o ensino de física no nível médio. A metodologia consiste na produção e aplicação de uma sequência de atividades utilizando aplicativos computacionais e considerando os conhecimentos prévios dos alunos, para a partir da realização de atividades interativas, introduzir novos conceitos científicos relacionados a mecânica quântica. As atividades foram construídas com uso da linguagem de programação gráfica Scratch, desenvolvida pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology). A amostra consistiu de um grupo de alunos de uma escola pública de ensino médio, em cuja avaliação dos softwares observou-se algumas características e aplicabilidade dos mesmos. Por intermédio das análises dos resultados, houve um entendimento dos alunos em relação aos conceitos relacionados ao fenômeno em questão, no qual se pretendeu identificar, sobretudo, uma aprendizagem significativa dos mesmos. Com tais características, apoiando-se nos índices de acertos e erros consistentes para a maioria das questões, julgou-se ser capaz de considerar os aplicativos em questão como um material potencialmente significativo quanto aos recursos auxiliares para o ensino de Física. O resultado final consistiu em um produto educacional, disponibilizado para docentes e discentes do ensino médio na página eletrônica www.mundodafisica.com.

Palavras-chave : aplicativos computacionais, simuladores, softwares na aprendizagem.

## Abstract

The purpose of this work came from the initiative of creating a teaching strategy that should generate an educational software product of the National Professional Masters in Physics Teaching - MNPEF - POLO 23 - UECE / FECLESC. The objective was to implement the use of computer applications as auxiliary

resources for teaching physics in secondary level. The methodology consists in the production and application of a sequence of activities using computer applications considering the students' prior knowledge of physics, introducing new scientific concepts related to quantum mechanics. The activities were built with the use of the Scratch programming tool, developed by MIT (Massachusetts Institute of Technology). The sample consisted of a group of students from a high school from public educational system, whose evaluation of the software consisted of some features and applicability. Through the analysis of the results, there was an understanding of the students regarding the concepts related to the phenomenon in question, which was intended to identify, above all, a significant learning. With such a feature, drawing on the rates of trial and error consistent for most of the issues, it was concluded to consider the applications in question as a potentially significant auxiliary resources for teaching physics. The ending result consists of an educational product(software), available for high school teachers and students at the web site www.mundodafisica.com.

Keywords : computer applications, simulators, software learning.

## 1. Introdução

Das novas perspectivas que vêm se projetando no mundo contemporâneo é inegável que os termos tecnologia e educação estão interligados e cuja evolução cada vez mais são mutualmente dependentes.

Historicamente, observou-se que a partir da segunda metade do século XX e início do século XXI, configurou-se o termo 'sociedade da informação' decorrente de uma revolução tecnológica e cujo complexo desenvolvimento transcorreu após Segunda Guerra Mundial.

De uma forma ou de outra o advento científico-tecnológico tem acarretado diversas transformações na sociedade moderna, cuja influência resulta em mudanças nos níveis econômico, político e social. Segundo Pinheiro et al (2009),

É comum considerarmos a ciência e a tecnologia como motores de progresso que proporcionam não só o desenvolvimento do saber humano, mas também uma evolução para o homem. Vistas dessa forma, subentende-se que ambas trarão somente benefícios à humanidade (p. 1)

Mandel et al (1997) afirmam que temas ligados à ciência, tecnologia e ao desenvolvimento social estão fortemente presentes no cotidiano das pessoas, e que nos dias atuais é perceptível o crescimento referente as tecnologias computacionais e de comunicação, causando mudanças na forma, na quantidade, na qualidade e na velocidade de troca de informação no dia a dia.

Lima et al. (2015) afirma que, com o escopo de trabalhar os conteúdos de Física de uma forma mais atraente e motivadora, observa-se que os discentes, de uma forma geral, têm uma grande facilidade em manusear os meios digitais, evidenciando a importância de utilizarmos essa vantagem como mais uma das várias maneiras de trabalhar os 'desmotivantes' conteúdos de física, assim ditos pelos discentes.

Dessa forma, é claro a urgência de uma reforma ampla na estrutura de ensino e aprendizagem da disciplina de Física, não focando apenas nos processos seletivos de instituições públicas e privadas de nível superior, bem como na

transição do conteúdo em si, mas visando também a compreensão do comportamento de fenômenos naturais e as práticas do cotidiano, conforme os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN).

Percebendo tais apontamentos, o presente trabalho tem como objetivo geral implementar um aplicativo computacional como recurso auxiliar para o ensino de Física a ser utilizado no tema mecânica quântica, com alunos do ensino médio.

## 2. Metodologia

Para a metodologia utilizada na realização deste trabalho observou-se as orientações das regras básicas da pesquisa quantitativa, descritiva e experimental. A execução do trabalho ocorrera em seis aulas, de cinquenta minutos cada uma, distribuídas em três dias da semana, segunda-feira, quarta-feira e sexta-feira.

A inscrição ocorreu de forma voluntária entres os três terceiros anos do turno matutino, da escola EEFM Estado do Amazonas e Fortaleza no estado do Ceará. Na qual, vinte e seis alunos se propuseram a estudar e entender a teoria quântica desde os seus primórdios.

O critério para a escolha da série deu-se pelo fato dos estudantes já terem vistos, teoricamente, inúmeros princípios físicos no decorrer dos três anos letivos, na qual, aproveitando determinados conceitos já fundamentados, haveria a facilidade de entendimento da teoria proposta. Algumas dessas concepções: radiação, absorção, voltagem, intensidade de corrente elétrica, entre outros.

Inicialmente foi idealizado que os vinte e seis alunos utilizassem individualmente um computador, para que assim, pudessem manusear o aplicativo voluntariamente, no entanto, só estavam em operação no momento, sete computadores na escola, inviabilizando a estratégia inicial. Dessa forma, foi reservada uma sala climatizada, com uma lousa, um projetor, um computador portátil e algumas cadeiras, como mostra a figura 1.

Figura 1: Ambiente de aplicação dos softwares computacionais.Fonte: Peterson Fernandes

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No momento inicial realizou-se um pré-teste (anexo1), cujo intuito era observar alguns conhecimentos prévios dos mesmos, em seguida, houve a explicação de alguns conceitos básicos já estudados por eles anteriormente ou que iriam estudar adiante no decorrer do ano letivo, mas de uma forma bem descontraída.

Em seguida fora apresentado o primeiro aplicativo de quatro () como mostra a figura 2. Determinado aplicativo expões um diálogo entre Albert Einstein, Max Planck e Niels Bohr esclarecendo a importância da Física Quântica (FQ) e os obstáculos iniciais do desenvolvimento da mesma. A partir deste, sucedeu uma reflexão sobre alguns conceitos clássicos de essencial importância ao desdobramento do projeto, alguns deles são: o determinismo, a singularidade, a propriedade da luz sobre os olhos do eletromagnetismo, entre outros mais. Findando assim a primeira etapa de três.

Figura 2: aplicativo 1 - Introdução a teoria quântica.Fonte: https://scratch.mit.edu/projects/104869873/

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O segundo dia iniciou-se com uma pequena revisão do que tinha sido tratado no primeiro dia do projeto, logo em seguinda, fora executado outro aplicativo (figura 3), no qual relatara-se o que ocorrera no inicío do século XX citando a importância da conferência de Solvay de 1930 e as principais descobertas no início deste século.

Figura 3: aplicativo 2 - Conferência de Solvay de 1927.

Fonte: https://scratch.mit.edu/projects/104871524/

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Após a utilização do segundo aplicativo, notou-se que os discentes ficaram impressionados com a escala temporal comprimida e com a aproximação geográfica dos grandes cientistas da época, pelas importantes trocas de conhecimentos entre os participantes da conferência de Solvay, em especial, Max Planck, Niels Bohr e Albert Einstein, uma vez que estes saíram reflexivos sobre os assuntos tratados, como por exemplo, a física quântica.

O término dá aula se deu mediante um debate sobre a importância de se indagar sobre um paradigma, buscando mostrar a evolução do conhecimento mediante questionamentos de pessoas simples que se tornaram notórias. Houve esclarecimentos sobre as consequências de um novo e emergente paradigma na

ciência, levantando a reflexão da consequente criação de uma nova ética científica fundamentada em novos modelos idealizado.

- O último dia iniciou-se com o terceiro aplicativo, a radiação do corpo negro, como é indicada na figura 4, por onde, mostrou-se que ao término do século XIX, verificou-se que a teoria clássica da radiação térmica era inapropriada, uma vez, que a complicação da época era entender a distribuição de comprimento de onda observado na radiação emitida por um corpo negro.

Figura 4: aplicativo 3 - A radiação do Corpo Negro.Fonte: https://scratch.mit.edu/projects/104872614/

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O aplicativo apresentou gráfico da figura 6, por onde, verificou-se que para grandes comprimentos de onda (pequenas frequências), a curva obtida experimentalmente coincidia com a previsão teórica. Porém, para comprimentos de onda menores, a teoria clássica previa que a densidade de energia tenderia ao infinito, enquanto experimentalmente via-se que, para pequenos comprimentos de onda, a densidade tendia a zero. Essa diferença era notável na região do comprimento de onda do ultravioleta e, por isso, a discrepância ficou conhecida como a catástrofe do ultravioleta.

Figura 5: aplicativo 4 - A hipótese de Planck.Fonte: https://scratch.mit.edu/projects/105527037/

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Com a explicação da catástrofe ultravioleta, foi inserido o último aplicativo (figura 5) que mostra a solução para esse problema, sendo proposto por Max Planck (1858 - 1947), em 1900. No aplicativo é mostrado que modificando algumas equações já conhecidas à época, Planck conseguiu que as curvas teóricas

experimentais coincidissem. De início considerava meramente matemáticas, essas modificações foram responsáveis por significativas alterações na interpretação física de determinados fenômenos.

Figura 6: comportamento dos resultados experimentais com a curva determinada pela teoria clássica para a distribuição da radiação de um corpo negro.

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Ainda no aplicativo, apresentou-se que determinada interpretação afirma que a matéria só pode absorver ou emitir energia em quantidades discretas e bem definidas. Dessa maneira, a energia, antes vista como uma grandeza contínua, passou a ser interpretada como umaa grandeza que se manifesta em forma de 'pacotes' de uma quantidade bem definida, a qual foi chamada quantum (do latim, 'porção de algo').

A solução dada por planck para o problema do corpo negro é considerada o ponto de partida da história da Física Quântica.

## 3. Descrição geral da linguagem de programação Scratch:

O Scratch é uma linguagem de programação (LP) bastante simples e eficaz, o usuário ao encaixar alguns blocos de programação, cria comandos de execução que dependendo do programador, pode ser um jogo, um vídeo, simuladores entre outros.

Determinada LP foi elaborada pelo Media Lab do MIT em 2003. Existem inúmeras vantagens em utilizá-lo, uma delas é que não necessita que o usuário tenha domínio de outras linguagens de programação existentes, outro, é que o mesmo foi desenvolvido para ser executado na maioria das plataformas, inclusive Linux e Windows.

Determinados aplicativos propostos no projeto, estão disponíveis na página eletrônica: https://scratch.mit.edu/users/gylly/, e o manual de utilização dos mesmos, em www.mundodafisica.com.

## 4. Resultados

Verificou-se, através de conversas com os alunos e leitura de relatórios elaborado pelos participantes do projeto, uma maior familiaridade e domínio dos assuntos abordados, em relação ao início do curso.

Os aplicativos propostos realmente motivaram os alunos a participarem das aulas de Física, e com o uso desses aplicativos, foi possível desperta o interesse dos alunos para o ensino e aprendizagem de novos conteúdos.

Em relato dos alunos, essas atividade computacionais tornou o estudo e compreensão dos assuntos abordados mais interessante e por consequência uma maior facilidade para a compreensão em relação a outros assuntos teóricos abordados em sala de aula sem o uso dessa atividade computacional.

A motivação pela aprendizagem de algo novo, fez com que os discentes se aproximassem da Física, os mesmos ficaram perplexos com a ideia de uma física 'nova' e com as implicações que ela acarretou no decorrer dos anos.

## 5. Considerações finais

Determinadas atividades computacionais promovem um maior interesse aos conhecimentos de física, uma vez que, os alunos saem da sala de aula comum e se deparam com uma nova forma de aprendizado. Determindo estudo não é algo novo, porém, muitos docentes encontram obstáculos no uso dessas novas tecnologias.

Lima et al. (2015) afirma que para os alunos, a sala de aula não se constitui apenas em um espaço para construção do conhecimento, mas é também um espaço socializador, lúdico e de experiências trocadas entre aluno e educador. É um espaço coletivo, onde o professor é o sujeito mediador que oportuniza a aprendizagem, sendo ainda um amigo, um companheiro e em especial um referencial afetivo para o discente, aprendendo assim, a Física de uma forma prazerosa e com qualidade.

Dessa maneira, a escolha de um ambiente computacional relaciona-se com inúmeros aspectos tanto teóricos, como metodológicos, no entanto o aspecto mais fundamental consiste na mediação do professor. O ambiente, por mais rico e construtivo que seja, por si só, não é suficiente para promover contextos propícios para a construção do conhecimento.

Assim, Com tais características, julgou-se ser capaz de considerar os aplicativos em questão como um material potencialmente significativo quanto recursos auxiliares para o ensino de Física. O resultado final consistiu em um produto educacional, disponibilizado para docentes e discentes do ensino médio.

## 6. Referências

BRASIL. Ministério de Educação e do Desporto/Conselho Nacional de Educação. As novas diretrizes curriculares nacionais que mudam o ensino médio. Brasília: MEC, jun./1998.

BRASIL. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio: Ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília. MEC, 1999.

Lima, G. P. F; Lima, L.P; Junior, H. V. S; Ariston, M. M; Moura, A. G. O. O uso de jogos online como estratégia de ensino e aprendizagem de Física - XXXIII Encontro de Físicos do Norte e Nordeste - Natal - 2015.

MANDEL, A; SIMORNGIF I. E LYRA J. L. Universidade de São Paulo 16 de Julho de 1997. Visto em: https://www.ime.usp.br/~is/abc/abc/abc.html. Acesso em 01 de junho de 2015.

Pinheiro, N. A. M; Silveira, R. M. C. F. E Bazzo, W. A. O contexto científicotecnológico e social acerca de uma abordagem crítico-reflexiva: perspectiva e enfoque - Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil. Revista Iberoamericana de Educación n.º 49/1 - 25 de março de 2009. Visto em http://www.rieoei.org/ deloslectores/2846Maciel.pdf. Acesso em 16 de maio de 2015.

## 6. Anexos.

## Anexo 1: Questionário

Fonte: https://docs.google.com/forms/d/1lP\_OJDHgvhFuuk0DGU4hEHeH3qdvMMNTX5Rk--HYLvQ/edit#responses