O simulador PhET Colorado no Ensino de Física: uma aplicação no estudo de circuitos elétricos simples

## O SIMULADOR PHET COLORADO NO ENSINO DE FÍSICA: UMA APLICAÇÃO NO ESTUDO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS SIMPLES

## THE PHET COLORADO SIMULATOR IN PHYSICS TEACHING: AN APPLICATION IN SIMPLE ELECTRIC CIRCUITS STUDY

## Marco Antonio Sanches Anastacio 1 , Marcos Rincon Voelzke 2

1 Universidade Cruzeiro do Sul, marcosanches.prof@gmail.com 2 Universidade Cruzeiro do Sul, mrvoelzke@hotmail.com

## Resumo

A ausência de atividades experimentais e o uso de novas tecnologias digitais de ensino tem se mostrado um problema recorrente no Ensino de Física na medida em que aulas tradicionais não estimulam um ambiente educacional desafiador. Nesse sentido, o objetivo desta pesquisa foi explorar o uso das tecnologias digitais por meio da utilização do simulador PhET para replicar situações experimentais de laboratório, especificamente os circuitos elétricos simples. Para tanto, foi desenvolvido um projeto com uma turma de 65 alunos do 3º ano do Ensino Médio de uma escola particular em São Paulo/Capital, no qual os estudantes utilizaram a ferramenta para replicar um circuito simples, detalhando e explicando as características verificadas, utilizando-se dos medidores elétricos disponíveis. Ao final, os alunos avaliaram a utilização do PhET por meio de um questionário que destacou os aspectos positivos e negativos da ferramenta e como a experiência influenciou no processo de aprendizagem do conteúdo envolvido. O estudo evidenciou que a utilização do simulador virtual possibilitou que os estudantes tivessem uma experiência próxima do esperado em um laboratório real, promovendo, portanto, o uso das tecnologias digitais e aumentando o engajamento nas aulas de Física.

Palavras-chave : PhET; Ensino de Física; TDIC; Circuitos elétricos

## Abstract

The absence of experimental activities and the use of new digital teaching technologies are recurrent problems in the teaching of Physics, as traditional classes do not encourage a challenging educational environment. For that matter, the objective of this research was to explore the use of digital technologies through the use of the PhET simulator to replicate laboratory experimental situations, specifically simple electrical circuits. For this purpose, a project was developed with a class of 65 students from the 3rd year of high school at a private school in São Paulo/Capital, in which students used the tool to replicate a simple circuit, detailing and explaining the verified characteristics, using the available electrical meters. In the end, students evaluated the use of PhET through a questionnaire that highlighted the positive and negative aspects of the tool and how the experience influenced the learning process of the content involved. The study has shown that the use of the virtual simulator allowed students to have an experience close to what was expected in a real laboratory, thus promoting the use of digital technologies and increasing engagement in Physics classes.

Keywords : PhET; Physics Teaching; ITC; Electrical Circuits.

## Introdução

Muitas discussões acerca das dificuldades enfrentadas pelo professor no Ensino de Física, principalmente na Educação Básica (EB), passam pela ausência de atividades experimentais e uso de novas tecnologias de ensino. Em geral, o desinteresse dos alunos pelos conteúdos é decorrente de aulas baseadas no uso excessivo do quadro-negro e giz (ZARA, 2011), acompanhadas por metodologias que dão ênfase somente à memorização de leis e fórmulas, o que induz a uma visão errônea da Física como um conhecimento pronto, passível de ser aprendido por mera repetição mecânica (CARVALHO JÚNIOR, 2002).

Não se pode negar a importância da utilização matemática na quantificação dos fenômenos físicos, entretanto é necessário que o aluno compreenda e saiba aplicar os conceitos envolvidos no fenômeno estudado (CARVALHO JÚNIOR, 2002). De fato, os métodos e salas de aula excessivamente tradicionais, ou seja, voltadas tão-somente à repetição mecanizada e memorização de fórmulas, não estimulam um ambiente educacional desafiador, ainda mais quando o professor tem que disputar a atenção do aluno, competindo com a extensa quantidade de informações e entretenimento disponibilizada por um simples smartphone .

É necessário que o professor atue como mediador nesse processo de ensinoaprendizagem, utilizando-se de metodologias e atividades que possam promover maior compreensão e assimilação dos conceitos pelos alunos. Nesse contexto, as atividades experimentais em laboratório permitem ressignificar àquilo que o aluno viu na teoria, '[...] materializando seu conhecimento, além de dar a oportunidade ao discente de adquirir técnicas de investigação e trabalhar seu senso crítico' (SILVA et al. , 2018, p. 831).

Os resultados do experimento comparados com a teoria trabalhada em sala de aula podem proporcionar uma melhor de aprendizagem dos conteúdos (SILVA et al. , 2018), além de fornecer uma importante ferramenta capaz de romper o paradigma da abstração, contextualizando os conceitos estudados dentro do universo observável de fenômenos.

Entretanto, não se pode deixar de destacar que os escassos recursos encontrados nos laboratórios de Física das escolas de EB acabam contribuindo para o ensino centrado na memorização, na medida em que conduz o professor a priorizar uma metodologia que somente aumenta o desinteresse do aluno pela disciplina e, consequentemente, dificulta sua aprendizagem (SILVA et al. , 2018).

Por outro lado, enquanto as salas de aula parecem não acompanhar a evolução digital que se faz presente no cotidiano, é inegável que a inclusão das tecnologias digitais na prática pedagógica oferece um rol extenso de possibilidades de inovação no ensino, com potencial para promover um maior engajamento do estudante (ANASTACIO; VOELZKE, 2020), além de enriquecer a experiência educacional, oportunizando a aprendizagem sob pontos de vista diferentes que rompam com o paradigma estruturado em conteúdos e foquem na capacidade cognitiva e criativa do educando (SOUZA; WITT, 2018).

Desta forma, o objetivo desta pesquisa foi explorar o uso das tecnologias digitais como ferramenta cognitiva na aprendizagem de Física por meio do uso de simulador virtual, que permite replicar situações experimentais de laboratório, especificamente os circuitos elétricos simples, de modo a permitir que o aluno interaja

com resistores e medidores elétricos, explorando as características das associações em série, paralelo e mista.

## As Tecnologias Digitais e o PhET

É notável que a transformação digital estimulada pelo acesso à informação tem transformado profundamente as relações sociais em todas as dimensões, com reflexos severos na maneira como as pessoas interagem, comunicam-se, ensinam e aprendem. Desta forma, não se pode negar que os reflexos do uso dessas novas tecnologias digitais na educação conduzem a uma discussão quanto à presença, na sala de aula, de metodologias de aprendizagem mais familiares e próximas da realidade do estudante.

No Ensino Médio, o texto da Base Nacional Comum Curricular (BNCC) destaca como competência geral a utilização das Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDIC) e, mais especificamente na área das ciências da natureza, traz como competência a investigação de situações-problema, avaliando a aplicação do conhecimento científico e tecnológico, por meio do uso de procedimentos e linguagem próprios das ciências da natureza e tecnologias digitais (BRASIL, 2018). Com essa proposta, o texto reforça a necessidade de um diálogo entre ciência e tecnologia que vá além das metodologias puramente memorística.

Para Anastacio e Voelzke (2020), o uso das TDIC incorporam possibilidades ao processo de ensino-aprendizagem, permitindo que o estudante possa utilizar a tecnologia de forma independente, a fim de desenvolver habilidades que promovam seu aprendizado.

Nesse sentido, a forma como o professor pretende inserir as TDIC depende do planejamento da atividade e os objetivos que se quer alcançar, podendo ser empregada para instruir os alunos, como ferramenta de demonstração de um fenômeno físico, por exemplo. Por outro lado, é possível fornecer condições para que o estudante manuseie a ferramenta digital, explorando os recursos que permitem extrapolar os conhecimentos adquiridos em sala de aula. Independentemente de como o professor faça uso da tecnologia, o desafio é potencializar o seu uso, capacitando a utilização consciente e eficiente dos recursos, assim como enriquecendo o processo de ensino-aprendizagem (VIEIRA, 2011).

- O Ensino de Física, por sua peculiaridade, que envolve o estudo de fenômenos presentes no cotidiano, é uma das áreas das ciências da natureza que mais podem se beneficiar da utilização das tecnologias digitais (ARAÚJO; PAULO NETO; RODRIGUES, 2021).

Nesse sentido, o uso de laboratórios virtuais constitui-se numa ferramenta importante para promover maior percepção dos fenômenos estudados, pois tem a capacidade de replicar situações que facilitam o entendimento de um dado fenômeno físico (ARAÚJO; PAULO NETO; RODRIGUES, 2021) e, a partir da interação com o software , melhorar a compreensão de fenômenos abstratos, em geral difíceis de serem reproduzidos em sala de aula utilizando-se somente o quadro-negro e giz.

## PhET Simulações Interativas

O projeto PhET é um software de simulações interativas gratuitas da Universidade do Colorado em Boulder, destinadas ao Ensino de Ciências e

Matemática disponível em 97 idiomas. Suas 167 simulações baseiam-se em pesquisas na área de educação e procuram envolver o estudante em um ambiente intuitivo que provoque a aprendizagem por meio da exploração e da descoberta, como se fosse um jogo (HENSBERRY et al. , 2013).

Fundado em 2002 por Carl Wieman, vencedor do prêmio Nobel de Física em 2001, o PhET oferece simulações que podem ser executadas diretamente pelo navegador ( on-line ) ou serem copiadas para o computador, para uso off-line (ARAÚJO; PAULO NETO; RODRIGUES, 2021). A Figura 1 mostra a página inicial do simulador para montagem de circuitos que foi utilizado na pesquisa 1 .

Dentre os recursos disponíveis no software , é possível destacar na Figura 1 três abas que trazem informações sobre o simulador (1), recursos de ensino (2) e atividades (3), o que facilita para o professor a organização da atividade, sua execução, assim como estabelecer os objetivos de aprendizagem que se quer alcançar.

Figura 1 -Kit para montagem de circuito de corrente contínuaFonte: Adaptada a partir da página do simulador 1

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Todas as simulações contam com princípios de design que oferecem incentivo à investigação científica, interatividade, representações por meio de modelos que se conectem com representações do mundo real, além da experiência interativa por meio de recursos do tipo clique-arraste, controles deslizantes, botões e vários instrumentos para medições, como réguas, cronômetros, voltímetros e termômetros (HENSBERRY et al . , 2013).

O manuseio da ferramenta é acompanhado por feedback imediato que permite ao estudante fazer o relacionamento entre causa e efeito, respondendo a perguntas de natureza científica por meio da exploração do simulador (HENSBERRY et al . , 2013).

## Metodologia

A metodologia utilizada foi a pesquisa-ação, com caráter qualitativo, concebida com a finalidade de entender e avaliar se a utilização do simulador interativo PhET como recurso de tecnologia digital contribui para o engajamento do estudante e oferece uma possibilidade pedagógica que levasse a experimentação de volta à sala de aula, sem a necessidade de utilização de laboratório real.

Para tanto, o projeto foi desenvolvido com uma turma de 65 alunos do 3º ano do Ensino Médio em uma escola da rede particular em São Paulo/Capital. O tema escolhido foi circuitos elétricos simples, com foco nas associações de resistores em série, paralela e mista.

Após o primeiro contato com o conteúdo, abordado de forma tradicional por meio de slides de PowerPoint e exercícios, o professor introduziu o uso do simulador para montagem de circuitos de corrente contínua. Nessa aula foi demonstrado como utilizar a ferramenta, além de serem exploradas as características de cada associação, fazendo-se as medidas de tensão e intensidade de corrente elétrica. Um dos exemplos utilizados nessa aula é mostrado na Figura 2, que representa a utilização de um voltímetro para aferir a tensão parcial em uma lâmpada associada em um circuito em série.

Figura 2 - Utilização do voltímetroFonte: Adaptada a partir da página do simulador 2

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Na aula seguinte, os alunos receberam as orientações sobre a atividade a ser realizada, que consistia na montagem de um circuito misto com uso do simulador e gravação da tela do computador, com a explicação das características de cada associação, e respectivas medidas elétricas. Para gravação da tela foi sugerido o uso da ferramenta Loom 3 ou do próprio celular do aluno, sendo a entrega da atividade realizada mediante o compartilhamento do link do vídeo em um formulário do Google.

## Resultados

Para avaliar como foi a experiência de utilização do simulador os alunos responderam a um questionário composto por quatro questões de múltipla escolha, que são listadas no Quadro 1, cada uma com cinco opções de resposta.

Quadro 1 - Questões

Fonte: Dados da pesquisa

As respostas ao questionário foram tabuladas e analisadas individualmente, a fim de verificar se os objetivos da pesquisa foram alcançados.

- O resultado da questão Q1 mostrou que apenas 7,7% dos alunos tiveram algum tipo de dificuldade na utilização do simulador, o que evidencia a potencialidade de sua utilização em sala de aula, como mostra a Figura 3. Destaque-se que mais da metade dos alunos (52,3%) demonstraram facilidade no uso da ferramenta.

## Figura 3 - Gráfico comparativo de respostas à questão Q1

Fonte: Dados da pesquisa

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Quanto aos aspectos positivos da utilização da ferramenta mostrados na Figura 4, 64,6% dos alunos concordaram plenamente que o experimento melhorou a compreensão dos conteúdos trabalhados em sala de aula, sendo que 33,8% concordaram e somente 1,6% concordaram parcialmente com essa afirmação. Nesse ponto, a utilização do laboratório virtual possibilitou uma visão além da abstração de aulas essencialmente teóricas, facilitando a compreensão do fenômeno físico a partir da interação com o software utilizado (ARAÚJO; PAULO NETO; RODRIGUES, 2021).

## Figura 4 - Gráfico comparativo de respostas à questão Q2

Fonte: Dados da pesquisa

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Na questão Q3, somente 7,7% dos alunos afirmaram que não utilizariam o simulador nas aulas para visualização do circuito estudado, conforme a Figura 5. De fato, percebeu-se nas aulas seguintes uma disposição maior dos alunos quanto ao uso do PhET, enriquecendo o processo de ensino-aprendizagem por meio da utilização eficiente das TDIC e promovendo um maior engajamento quanto à simulação das experiências com circuitos elétricos (VIEIRA, 2011; ANASTACIO; VOELZKE, 2020).

## Figura 5 - Gráfico comparativo de respostas à questão Q3

Fonte: Dados da pesquisa

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A última questão (Q4) procurou verificar os aspectos relacionados ao uso dos medidores elétricos. Em geral os estudantes demonstravam grande dificuldade quanto à utilização correta desses instrumentos mesmo em laboratório. Após o uso do simulador, 98,5% dos alunos concordaram que a experiência possibilitou melhor entendimento quanto às funções e a forma de utilização dos medidores, conforme mostra a Figura 6.

## Figura 6 - Gráfico comparativo de respostas à questão Q4

Fonte: Dados da pesquisa

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No tocante às respostas da última questão em especial, verifica-se que a ausência da experimentação, do manuseio dos instrumentos de medida, constituía em um obstáculo para transposição do conhecimento teórico adquirido pelo aluno e, nesse sentido, o uso da ferramenta pôde oportunizar um enfoque mais voltado à capacidade cognitiva e criativa do educando, como destaca Souza e Witt (2018).

## Considerações finais

A utilização do PhET possibilitou que os estudantes pudessem observar e interagir com circuitos elétricos em um ambiente virtual, algo muito próximo do esperado em um laboratório real. Apesar da ferramenta ser fácil de utilizar e bem intuitiva, a aula que antecedeu o início da atividade mostrou-se acertada, na medida em que foi possível demonstrar sua utilização e todos os recursos disponíveis, o que

elevou a qualidade dos trabalhos que foram apresentados na forma de vídeo pelos alunos.

Foi possível perceber um aumento no engajamento dos alunos quando tiveram acesso a um circuito que, apesar de não ser real, possibilitava uma exploração dinâmica e eficiente na interpretação do fenômeno físico trabalhado.

A interação aluno-simulador promoveu o uso das tecnologias digitais como metodologia passível de ser replicada nas aulas de Ciências da Natureza de modo geral mas, em especial, na disciplina de Física, constituindo-se em uma ferramenta alternativa ao uso do laboratório real e viável quando se reflete quanto à necessidade de fugir ao padrão da aula tradicional e passiva, evoluindo-se para um modelo mais adequado à necessidade de exploração dos fenômenos físicos abordados e que estimule o estudante à participação direta na construção do conhecimento.

Não obstante à pesquisa ter se limitado ao estudo dos circuitos elétricos, o PhET possui vasta biblioteca de experimentos, divididos em temas que vão desde o estudo de movimentos até fenômenos quânticos e eletromagnetismo. Porém, não se pode deixar de destacar que para o uso adequado das tecnologias é necessário refletir quanto à preparação da aula, delimitação de objetivos e avaliação quanto à disponibilidade dos recursos tecnológicos.

## Referências

ANASTACIO, M. A. S.; VOELZKE, M. R. O uso do aplicativo Socrative como ferramenta de engajamento no processo de aprendizagem: uma aplicação das Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação no Ensino de Física . Research, Society and Development , Itajubá, v. 9, n. 3, p. 1-13, 2020.

ARAÚJO, F. O.; PAULO NETO, J. G.; RODRIGUES, F. L. O. Uso do software de simulação PhET como recurso metodológico no ensino de óptica. Revista Docentes , Fortaleza, v. 6, n. 14, p. 52-66, 2021.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria da Educação Básica. Base Nacional Comum Curricular . Brasília, DF, 2018.

CARVALHO JÚNIOR, G. D. D. As concepções de Ensino de Física e a construção da cidadania. Caderno Catarinense de Ensino de Física , Florianópolis, v. 19, n. 1, p. 53-65, 2002.

HENSBERRY, K. K. R.; PAUL, A. J.; MOORE, E. B.; PODOLEFSKY, N. S.; PERKINS, K. K. PhET Interactive Simulations: New tools to achieve common core mathematics standards. In: Common Core Mathematics Standards and Implementing Digital Technologies . [s.l.] IGI Global, 2013. p. 147-167.

SILVA, P. O.; KRAJEWSKI, L. L.; LOPES, H. S.; NASCIMENTO, D. O. Os desafios no ensino e aprendizagem da Física no ensino. Revista Científica da Faculdade de Educação e Meio Ambiente , Ariquemes, v. 9, n. 2, p. 829-834, 2018.

SOUZA, C. A. D.; WITT, N. S. P. Tecnologias digitais: utilizando simuladores no ensino de Física. In: EREC - II Encontro Regional de Ensino de Ciências. Anais [...]. Porto Alegre: [s.n.]. 2018. p. 253-264.

VIEIRA, R. S. O Papel das tecnologias da informação e comunicação na educação a distância: um estudo sobre a percepção do professor/tutor. Revista Brasileira de Aprendizagem Aberta e a Distância , São Paulo, v. 10, p. 65-70, 2011.

ZARA, R. A. Reflexão sobre a eficácia do uso de um ambiente virtual no ensino de Física. In: II ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação. Anais [...]. Cascavél: [s.n.]. 2011. p. 265-272.