O USO DE ANIMAÇÕES COMPUTACIONAIS NO PROCESSO DE ENSINO E APRENDIZAGEM DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA

## O USO DE ANIMAÇÕES COMPUTACIONAIS NO PROCESO DE ENSINO E APRENDIZAGEM DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA

## THE USE OF COMPUTATIONAL ANIMATIONS IN THE TEACHING AND LEARNING PROCESS OF MODERN AND CONTEMPORARY PHYSICS

Luciana da Cruz Barros 1 , Daniele Socorro Ribeiro da Silva 1 , Rodrigo do Monte Gester 2 , Mateus Gomes Lima 2

1 Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará - UNIFESSPA/ Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF,

lucianauepa2010@gmail.com dsrsdaniele@gmail.com

2 Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará - UNIFESSPA/ Instituto de Ciências Exatas - ICE, gester@unifesspa.edu.br mateus.lima@unifesspa.edu.br

## Resumo

Neste trabalho, buscou-se analisar a importância do estudo da interação da radiação com matéria, associada às Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs), visando uma aprendizagem significativa para os estudantes do ensino médio. A metodologia aplicada na pesquisa foi de caráter indutivo quali-quantitativa, ocorrendo a aplicação de um questionário de sondagem de conhecimentos prévios, por parte dos estudantes, intervenção teórica e inserção de atividades práticas, envolvendo uma animação computacional. Os resultados deste trabalho evidenciaram que a construção de uma sequência didática que alia o uso de animações computacionais, a exemplos cotidianos dos estudantes tem grande potencial para a realização de uma aprendizagem significativa de temas ligados à Física Moderna e Contemporânea, mais especificamente, os processos de emissão e absorção de radiação pela matéria. Este trabalho faz parte de uma sequência didática que ressalta a importância do uso de animações e de exemplos do cotidiano dos alunos na aprendizagem de temas ligados à Física Moderna e Contemporânea.

Palavras-chave : Ensino de Física - Física Moderna e Contemporânea TICs.

## Abstract

This work is part of a didactic sequence that emphasizes the importance of using animations and examples from students' daily lives in learning subjects related to Modern and Contemporary Physics. In this work, we sought to analyze the importance of the state of the interaction of radiation with matter associated with Information and Communication Technologies (ICTs), aiming at meaningful learning for high school students. The methodology applied in the research was of a qualitative and quantitative inductive character, with the application of a questionnaire of previous knowledge survey, by the students, theoretical intervention and insertion of practical activities, involving a computer animation. The results of this work showed that the construction

of a didactic sequence that combines the use of computational animations, like the students' everyday example, has great potential for the realization of a significant learning of themes related to Modern and Contemporary Physics, more specifically, the processes of emission and absorption of radiation by matter.

Keywords : Physics Teaching - Modern and Contemporary Physics - ICTs.

## Introdução

A física tornou-se, para sociedade moderna, um ramo das ciências da natureza fundamental, quando explica questões sobre o movimento, as forças, a energia, a matéria, o calor, o som, a luz e o interior dos átomos. Desse modo a física liga-se diretamente ao estudo da química e da biologia. Os conceitos da física fundamentam essas ciências. Ou seja, para compreensão de algumas ciências temos que compreender a física (HEWITT, 2002).

Nessa direção, torne-se imprescindível o estudo da Física Moderna e Contemporânea, pela mesma ser responsável pela maioria dos avanços tecnológicos da atualidade. Como propõe BRASIL (2002):

Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a matéria, de forma que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais líquidos e lasers presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento da eletrônica, dos circuitos integrados e dos microprocessadores. A compreensão dos modelos para a constituição da matéria deve, ainda, incluir as interações no núcleo dos átomos e os modelos que a ciência hoje propõe para um mundo povoado de partículas. Mas, será também indispensável ir mais além, aprendendo a identificar, lidar e reconhecer as radiações e seus diferentes usos. (BRASIL, 2002, p. 70).

Bem como LOPES (2004) destaca que um dos mais importante problemas da Física Moderna está na descrição de conceitos das partículas elementares que compõem a matéria, que seria a previsão das diferentes espécies possíveis, de sua interação mútua, de suas relações. Por conseguinte, TERRAZAN (1992) reforça que:

A tendência de atualizar o currículo de Física justifica-se pela influência crescente dos conteúdos contemporâneos para o entendimento do mundo criado pelo homem atual, bem como a necessidade de formar um cidadão consciente e participativo que atue nesse mesmo mundo. (TERRAZAN, 1992, p. 210)

Para PEREIRA & AGUIAR (2005) o desinteresse dos alunos pelo estudo de física não resulta só da falta de sua aplicação no seu cotidiano. Pois, como ele afirma, este estudo está presente, por exemplo, no funcionamento de aparelhos eletrônicos existentes na maioria das casas desses alunos. Porém, não se pode alegar que a física é uma disciplina cujo conteúdo seja difícil de se passar para os alunos, por causa exclusiva do despreparo que estes trazem das séries iniciais. A má qualidade do ensino de física brasileiro tem raízes diversas. Mas a melhoria de sua qualidade exige, certamente, a revisão das práticas pedagógicas.

Em suma, a busca pela melhoria do ensino de física pauta-se em uma aprendizagem significativa, em que o professor propicie o entendimento dos conceitos que abrangem a física por meio de discussões e concepções prévias dos estudantes. Para isso faz-se necessário que o professor, como agente facilitador, demonstre que transformar a teoria em prática é viável, para a efetiva compreensão dos fenômenos

físicos, assim ele estará favorecendo aos alunos uma visão diferenciada do mundo que os cercam URIAS & ASISS (2009).

## As animações produzidas por TCIs no ensino de física

Nos últimos anos no Brasil, conduziram-se projetos e pesquisas, relacionados a recursos digitais com conteúdo educacionais, no intuito de proporcionar uma participação ativa e construtiva entre professores e estudantes, para o ensino de física, principalmente no que diz respeito a Física Moderna e Contemporânea. Neste sentido, ROSA e seus colaboradores afirmam que:

- O uso das tecnologias como subsídio didático tem sido cada vez mais requisitado por alunos e professores e, aos poucos, vem se consolidando como uma importante e indispensável ferramenta no contexto educacional. Esse crescente interesse pode ser reflexo da intensa presença desses dispositivos no cotidiano das pessoas - especialmente dos jovens -, sejam elas adeptas ou não desses dispositivos. Com efeito, o contato diário dos sujeitos com as tecnologias tanto de comunicação como de interação torna sua presença no contexto educacional, mais do que uma alternativa didática, um recurso imprescindível para a aprendizagem, sobretudo em áreas diretamente vinculadas à tecnologia, como é o caso da Física. (ROSA, et. al. 2007, p.25).

De acordo com OSTERMANN e seus colaboradores (1997) existem diversos motivos para abordarmos os conteúdos da Física Moderna e Contemporânea no ensino médio nas escolas brasileiras:

O de despertar a curiosidade dos estudantes e ajuda-los a reconhecer a física como um empreendimento humano e, portanto, mais próximos a ele; Os estudantes não têm contato com o excitante mundo da pesquisa atual em Física, pois não veem nenhuma Física além de 1900. Esta situação é inaceitável em um século no qual ideias revolucionárias mudaram a ciência totalmente; É do maior interesse atrair jovens para a carreira científica. Serão eles os futuros pesquisadores e professores de Física. (OSTERMANN, FERREIRA e CAVALCANTI, 1997, p. 270)

Mediante o exposto, PEREIRA (2005) salienta essa necessidade no que diz respeito as discussões para rever as práticas educativas e a insuficiente articulação entre o conhecimento científico e o saber tecnológico nos livros didáticos, principalmente os que compreendem o ensino da disciplina de física em nível médio, pelo fato dos mesmos não levarem em conta o papel social dos saberes científico tecnológicos na formação da cidadania dos educandos.

## Metodologia da Pesquisa

O primeiro passo dessa pesquisa foi selecionar um conteúdo programático relacionado ao tema Interação da Radiação com a Matéria. Após extenso levantamento bibliográfico, optamos pela escolha dos seguintes efeitos: Absorção, Emissão Espontânea e Estimulada. A escolha destes conteúdos se deu pelo fato dos mesmos serem extremamente relevantes para a compreensão de fenômenos ligados a Luminescência e ao desenvolvimento de tecnologias, como o Laser e o LED (diodo emissor de luz). Além disso, embora estes conteúdos estejam presentes (mesmo que indiretamente) no nosso cotidiano, eles são pouco explorados em sala de aula.

O segundo passo foi a confecção das animações dos efeitos escolhidos para o estudo que ressaltassem as interações da radiação eletromagnética (fóton) com a matéria (elétron, em um átomo de dois níveis energéticos) de forma clara e eficiente, para aplicarmos na pesquisa de campo com os alunos. As animações foram

confeccionadas no software de modelagem 3DBlender®, através do seu motor de jogo integrado na versão 2.79.

- O terceiro passo consistiu na elaboração de uma sequência didática que abordasse os efeitos físicos escolhidos anteriormente, utilizando as animações confeccionadas no segundo passo, como uma ferramenta no processo de ensino e aprendizagem. De acordo com (MOREIRA, 2011 1 apud FERREIRA e OLAVO 2018, p.108) está sequência didática foi elaborada segundo a estrutura proposta por MOREIRA 2011:
- · Levantamento dos conhecimentos prévios;
- · Elaboração os organizadores prévios;
- · Construção das situações-problema;
- · Realização da diferenciação progressiva dos conceitos;
- · Realização da reconciliação integradora;
- · Efetivação do processo de consolidação;
- · A avaliação da aprendizagem significativa.

O quarto passo foi a intervenção didática em si, com 25 estudantes do terceiro ano do ensino médio da rede pública, na cidade de Marabá-PA.

## Materiais e Métodos

A primeira parte da sequência didática foi colocada em prática com a aplicação do questionário pré-animação (figura 1) com 11 perguntas, que nos permitiu ter uma ideia sobre o que cada estudante conhecia sobre os conteúdos que viriam a ser trabalhados num segundo momento. Após o preenchimento do questionário iniciamos um diálogo informal, buscando a participação dos estudantes em elucidar como certos dispositivos funcionam, por exemplo: lâmpadas elétricas, apontadores Laser e fitas de Led. Em sua maioria, as respostas apresentaram falta de rigor científico, o que já era esperado.

<!-- image -->

<!-- image -->

A segunda parte da sequência didática consistiu na sistematização do saber científico, necessário à compreensão do funcionamento dos dispositivos mencionados anteriormente, iniciando pela estrutura da matéria e a natureza da luz, até

Aprendizagem Significativa em Revista. Meaningful Learning Review, v. 1, n. 2, 2011.

alcançarmos os fenômenos de absorção e emissão de energia num átomo de dois níveis.

Na terceira parte da sequência didática, as animações foram utilizadas para melhorar a compreensão da dinâmica dos processos de interação da radiação com a matéria. A turma foi dividida em seis grupos. Dois grupos ficaram responsáveis por avaliar e comentar o efeito de Absorção e Emissão Espontânea (figura 2); dois grupos fizeram o mesmo para o efeito de Absorção e Emissão Estimulada (figura 3) e os dois grupos restantes avaliaram e comentaram os Diagramas de Níveis de Energia (figura 4).

Figura 2: Interação Radiação-Matéria Absorção e Emissão Espontânea. Fonte: Dados do Autor.

<!-- image -->

Figura 3: Interação Radiação-Matéria Absorção e Emissão Estimulada. Fonte: Dados do Autor.

<!-- image -->

Figura 4: Diagrama de Níveis de Energia. Fonte: Dados do Autor.

<!-- image -->

A sequência didática foi finalizada com a aplicação de um questionário pósanimação (figura 5), com duas perguntas como objetivo de aferir o efeito da animação sobre a construção do conhecimento por parte dos estudantes.

Figura 5: Questionário Pós-Animação. Fonte: Dados do Autor.

<!-- image -->

## Resultados e Discussões

A partir da análise das figuras 6 e 7, constata-se que no questionário préanimação (figura 6), usado para verificar se os estudantes conheciam os conceitos utilizados na sequência didática, evidenciou que estes tinham algum conhecimento sobre os temas, como os conceitos de átomo, energia, laser, frequência e Albert Einstein, para outros não, como os conceitos do átomo de Bohr, dos fótons, absorção, emissão espontânea, emissão estimulada e macânica quântica. Já no questionário pós-animação (figura 7), fica evidente o quanto temos a ganhar com o uso de recursos didáticos envolvendo as TICs. Pois, durante a intervenção didática com a animação, os estudantes foram participativos e receptivos, na construção do debate com os temas propostos.

<!-- image -->

Figura 6: Respostas Pré-Animação. Figura 7: das Respostas Pós-Animação.

<!-- image -->

Fonte: Dados do Autor Fonte: Dados do Autor

Tanto o uso de animações, quanto o de simuladores em computadores, proporciona ao estudante um ambiente didático em laboratório. Favorecendo assim, uma notável percepção do que seria o fenômeno que ele estudou. Assim, competindo ao docente de física, a análise do conteúdo para discentes na educação básica. Com o intuito de ocorrer uma aprendizagem significativa no letramento cientifico, que vem

sendo requisitado nas competências e habilidade da BNCC. Levando em consideração o requisito de que:

É preciso, porém, ter cuidado para não confundir a matéria com sua interpretação. Quando propomos um modelo de átomo, estamos formulando uma hipótese sobre como seria algo que sequer podemos ver. Dessa maneira, a interpretação ou modelo depende não só dos dados experimentais de que dispomos, mas também da imaginação espacial e matemática, bem como da intuição sobre a natureza, porque os modelos são representações das coisas e não as coisas. (GREF, 2005, p.195)

A ideia de uma proposta inovadora e viável de ser implantada no sistema didático atual deve ser desenvolvida por meio da superação de vários desafios que, com certeza, não terminam aqui. O esforço em compatibilizar o ensino de um tema diferenciado, com características singulares, num sistema praticamente 'mumificado' deve ser continuado por todos nós, educadores e pesquisadores na área do ensino de física RODRIGUES (2001). Diante de tal importância cabe ressaltar que o educador democrático não pode negar - se ao dever, quando estiver na prática de sua docência, ele tem que reforçar a capacidade crítica dos alunos e sua curiosidade. Pois nas condições da verdadeira aprendizagem os alunos terão que se transformar em reais sujeitos da construção dos saberes ao lado dos seus educadores FREIRE (1996).

## Considerações Finais

A educação brasileira passa constantemente por grandes transformações. Percebe - se que os problemas que afetam o sistema educacional estão presente desde tempos primórdios. Mas a busca por soluções satisfatórias, tanto para os educadores como para os educandos, deve ser uma meta constante. E o que se verificou neste trabalho, é que o ensino de física não foge dessas problemática e necessita de transformações, principalmente nas escolas da rede pública de ensino.

Constatou-se que o uso das animações, por meio das TICs, para o ensino da disciplina de física é importante, por somar mais conhecimento cientifico e tecnológico. Pois, tornam mais fácil a compreensão e a interpretação dos fenômenos abordados pela física. Observou-se ainda que a abordagem da Física Moderna e Contemporânea é quase inexistente na educação básica. Desta maneira, acredita-se que os professores devem realmente promover essas aulas teórico - práticas utilizando as TICs, para que seus alunos não se tornem apenas meros receptores dos assuntos trabalhados em sala de aula, mas indivíduos capacitados para discutir, promover e disseminar tais assuntos e ingressar no mercado de trabalho ou nas Universidades.

Cabe ressaltar que esse trabalho faz parte de um projeto maior que visa a construção de um ambiente de simulação computacional de processos que envolvam a interação da radiação com a matéria, voltados para a educação básica, que utilizem uma metodologia ativa, como ressalta GAROFALO (2018):

O principal objetivo deste modelo de ensino é incentivar os alunos para que aprendam de forma autônoma e participativa, a partir de problemas e situações reais. A proposta é que o estudante esteja no centro do processo de aprendizagem, participando ativamente e sendo responsável pela construção de conhecimento. (GAROFALO, 2018, p.2).

## Referências

BRASIL. Secretaria de Educação Média e Tecnológica Parâmetros Curriculares Nacionais: Ciências da natureza Matemática e suas tecnologias. Brasília: PCNEM, 2002.

FERREIRA, MARCELLO e OLAVO, L.S.F. Teorias da Aprendizagem e da Educação como Referencias em Práticas de Ensino: AUSUBEL E LIPMAN. Revista do Professor de Física. Brasília, vol. 2, n. 2. 2018.Disponível em:&lt; http//www.periodicos.unb.br &gt;. Acesso em: 25 de janeiro 2020.

FREIRE, Paulo. Pedagogia da autonomia: Saberes necessários á pratica educativa. Não há docência sem discência. São Paulo: Paz e Terra,1996.

GREF, Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. São Paulo. 5ª ed. Universidade de São Paulo. São Paulo. 2015.

GAROFALO, Debora. Como as metodologias ativas favorecem o aprendizado. São Paulo, 25 de junho 2018. Disponível em:&lt;http//www.https://novaescola.org.br&gt;. Acesso em: 25 janeiro 2020.

HEWITT, Paul G. Física conceitual. Porto Alegre. 9 ª ed Bookman, 2002. .

LOPES, José Leite. Uma história da física no Brasil. São Paulo. 1ª ed. Livraria da física. 2004.

OSTERMANN, F.; FERREIRA, L. M.; CAVALCANTI, C. J. H. Tópicos de Física Contemporânea no Ensino Médio: um Texto para Professores sobre Supercondutividade. Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v. 20, n. 3, Setembro 1997.

PEREIRA, Hélio Ribeiro. Curso de física 2005.14 f. Trabalho de conclusão de curso. (Ciência e tecnologia: Análise dos livros didáticos). Universidade de Brasília, 2005.

PEREIRA, Denis Rafael de Oliveira; AGUIAR, Oderli. Ensino de física no nível médio: Tópicos de física moderna e experimentação, v.3, p.17. 2005. Disponível em:&lt;http//www.cadernobrasileirodefisica.com.br&gt;. Acesso em: 25 de janeiro 2020.

ROSA, Cleci Terezinha Werner da; ROSA, Álvaro Becker. A Teoria Histórico cultural e o Ensino da Física, Passo fundo, p. 1 -8, 2007.Disponível em:&lt;http//www.sbf1.sbfisica.org.br&gt;. Acesso em: 25 de janeiro 2020.

RODRIGUES, Denise Celeste Godoy de Andrade. A inserção de atividades experimentais no ensino de ciências em nível médio: Um relato de sala de aula, 2001.Disponívelem:&lt;http//www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xvi/cd/resumos/T02 19-3.pdf&gt;. Acesso em: 25 de janeiro 2020.

TERRAZZAN, E. A., A inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino de Física na escola de 2o grau. Caderno Catarinense de Ensino de Física. Florianópolis, V.9, n.3, p.209-214, dez.1992. Disponível em: &lt;https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/viewFile/7392/6785&gt;. Acesso em: 26 janeiro. 2020.

URIAS, Guilherme; ASISS, Alice. Experimentos Físicos nas salas de aulas do ensino a Fundamental: Meio de acesso a linguagem Física, Guaratinguetá, p.1 - 7, 2009. Disponível em:&lt;http//www.sbf1.sbfisica.org&gt;. Acesso em 25 de janeiro 2018.