RAD&MAT: UM SIMULADOR COMPUTACIONAL PARA O ENSINO DOS CONCEITOS DE ABSORÇÃO, EMISSÃO ESPONTÂNEA E ESTIMULADA DE ENERGIA

## RAD&MAT : UM SIMULADOR COMPUTACIONAL PARA O ENSINO DOS CONCEITOS DE ABSORÇÃO, EMISSÃO ESPONTÂNEA E ESTIMULADA DE ENERGIA

## RAD&MAT : A COMPUTATIONAL SIMULATOR FOR TEACHING THE CONCEPTS OF ABSORPTION, SPONTANEOUS AND STIMULATED ENERGY EMISSIONS

Luciana da Cruz Barros 1 , Mateus Gomes Lima 2 .

1 Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará- PA- UNIFESSPA/Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF/ e-mail: lucianauepa2010@gmail.com

2 Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará- PA- UNIFESSPA - Instituto de Ciências - ICE/ e-mail: mateus.lima@unifesspa.edu.br

## Resumo

Apesar dos fenômenos de Absorção, Emissão Espontânea e Estimulada de Energia serem fundamentais para a compreensão de tecnologias modernas e cotidianas, eles ainda são pouco explorados no ensino de física das escolas brasileiras. Buscando facilitar a difusão dessa temática tão relevante é proposto a utilização do Simulador Rad&Mat , associado à metodologia ativa dos Três Momentos Pedagógicos de Delizoicov, como forma de ampliar as possibilidades de práticas pedagógicas-metodológicas atribuídas ao ensino de Física e, também, para aumentar o engajamento dos estudantes de maneira ativa no processo de ensino e aprendizagem da temática abordada. A metodologia empregada no trabalho foi adaptada para ser totalmente remota, com caráter quali-quantitativo, sendo aplicada em uma turma de 43 alunos do 3º ano do ensino médio da rede pública, no interior do estado do Pará. Os resultados obtidos, a partir de questionários investigativos e avaliativos sobre a intervenção didático-pedagógica, evidenciam que o uso do Simulador Rad&Mat gerou engajamento dos estudantes nas atividades propostas, além de ter contribuído de maneira significativa para a construção do conhecimento destes estudantes sobre os temas envolvidos.

Palavras-chave : Física Moderna e Contemporânea, Simulação Computacional, Metodologias Ativas.

## Abstract

Although the phenomena of Absorption, Spontaneous and Stimulated Emission of Energy are fundamental for the understanding of modern and everyday technologies, they are still little explored in the teaching of physics in Brazilian schools. Seeking to facilitate the dissemination of this very relevant theme, it is proposed to use the Rad&Mat Simulator , associated with the active methodology of Delizoicov's Three Pedagogical Moments, as a way of expanding the possibilities of pedagogicalmethodological practices attributed to the teaching of Physics and, also, to increase engagement students actively in the teaching and learning process of the topic addressed. The methodology used in the work was adapted to be totally remote, with a quali-quantitative character, being applied in a class of 43 students from the 3rd year of high school in the public network, in the interior of the state of Pará. The results

obtained, from investigative and avaliative surveys on the didactic-pedagogical intervention, show that the use of the Rad&Mat Simulator generated student engagement in the proposed activities, in addition to having contributed significantly to the construction of these students' knowledge on the topics involved.

Keywords : Modern and Contemporary Physics, Computer Simulation, Active Methodologies.

## Introdução

A física é uma das ciências que contribuem de maneira significativa para a construção do conhecimento científico e os avanços tecnologicos na atual sociedade. Sociedade está que busca a cada dia agregar de forma reflexiva e crítica o uso dos recursos tecnológicos nas mais diversas áreas de conhecimento, como medicina, indústria, telecomunicações e no ambiente escolar (NUSSENZVEIG, 2002; MOREIRA, 2015).

Ambiente este que não deve ser indiferente para tais demandas. Neste sentido, o uso das Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDIC) na sociedade contemporânea, principalmente neste período da pandemia da Covid19. Tem-se mostrado de suma importância para o prosseguimento das aulas, seja na modalidade remota, nas formas síncrona e/ou assíncrona ou na modalidade presencial, quando o professor busca agregar recursos tecnologicos, como os Objetos Digitais de Aprendizagem (ODA) produzidos por meio das TIDC, para serem utilizado como um recurso pedagógico-metodológico a mais no processo de ensino e aprendizagem dos estudantes. (BACICH e MORAN, 2018). Assim, conforme Beck (2002) os ODA são 'Qualquer recurso digital que possa ser reutilizado para o suporte ao ensino' (BECK, 2002. p.2)

Além disso, a construção do processo de ensino e aprendizagem pauta-se em uma busca de práticas pedagógicas-metodológicas que visem tanto um engajamento ativo dos estudantes quanto uma aprendizagem dos conceitos com mais significados. Nesta direção a Base Nacional Comum Curricular (2018) reforçar por meio das competências e habilidades, que tais ações citadas anteriormente devem ser incorporadas no currículo dos estudantes da educação básica. Entre as competências destaca-se a de número 3:

- - Analisar situações-problema e avaliar aplicações do conhecimento científico
- e tecnológico e suas implicações no mundo, utilizando procedimentos e

linguagens próprios das Ciências da Natureza, para propor soluções que considerem demandas locais, regionais e/ou globais, e comunicar suas descobertas e conclusões a públicos variados, em diversos contextos e por meio de diferentes mídias e tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC) (BNCC, 2018. p. 554).

Nesta perspectiva, a utilização desses recursos tecnológicos, propiciam um ensino com mais dinamismo, principalmente quando se trata do ODA simulações computacionais, sobretudo no ensino de física. Neste seguimento, Rosa, Treitin e Biazus (2017) afirmam que:

Por simuladores computacionais entendem-se os que envolvem a criação de ambientes que simulam situações reais, possibilitando explorar as que, por vezes, são difíceis de serem visualizadas ou vivenciadas em sala de aula (ou laboratório) (ROSA; TREINTIN e BIAZUS 2017, p.30).

Vale ressaltar que estes recursos tecnológicos, como as simulações computacionais exercem o papel de complementação do material didáticopedagógico junto aos trabalhos dos professores, em ambiente escolar.

Assim, desse modo, uma outra questão a ser levantada quando se trata da disciplina Física, que gera bastante debate é a não inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no currículo dos alunos da educação básica, na maioria das escolas brasileira, tendo em vista que eles estão habituados com muitos recursos tecnologicos ligados, principalmente no que tange os conceitos da (FMC) nos seus cotidianos, ou seja, fora do ambiente escolar. O que não faz sentido é que os estudantes dentro do ambiente escolar tenham que estudar apenas os conceitos ligados a física clássica (MOREIRA, 2015).

Mediante a isso, neste trabalho buscou-se abordar um tópico de FMC para a atualização do currículo do estudante de educação básica inserindo as temáticas de absorção, emissão espontânea e estimulada de energia em um sistema de dois níveis de energia junto a uma simulação computacional, por meio da adaptação da metodologia ativa dos três momentos pedagógicos de Delizoicov. Metodologia pautada no processo ativo dos estudantes, onde eles passam a serem seres ativos na construção do ensino e aprendizagem dos conceitos estudados tanto no ambiente sala de aula como fora da sala de aula (STUDART, 2019; BACICH e MORAN, 2018). Nesta direção este trabalho foi empregado para a construção do processo de ensino e aprendizagem dos estudantes de uma turma 3º ano ensino médio, em uma escola pública no interior do estado Pará.

## Materiais e Métodos da Pesquisa

O desenvolvimento deste trabalho foi realizado basicamente em quatro etapas, descritas a seguir:

## 1ª Etapa - Escolha do tema

A primeira etapa deste trabalho foi selecionar um conteúdo programático relacionado à FMC, especificamente, um tema que envolvesse Interação da Radiação com a Matéria. Assim, foram escolhidos os seguintes efeitos: Absorção, Emissão Espontânea e Estimulada de Energia. A escolha destes conteúdos se deu pelo fato deles 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). Embora estes conteúdos estejam presentes (mesmo que indiretamente) no cotidiano dos estudantes, esses temas são pouco explorados nos materiais didáticos voltados para a educação básica, conforme o levantamento bibliográfico realizado pelos autores deste trabalho.

## 2ª Etapa - Produção do Simulador Computacional

A segunda etapa consistiu na confecção do Simulador Computacional Rad&Mat 1 para o estudo dos efeitos escolhidos: Absorção, Emissão Espontânea e Estimulada de Energia em um Sistema de Dois Níveis. A simulação foi confeccionada no software de modelagem 3DBlender®, através do seu motor de jogo integrado na versão 2.79 (BLENDER).

O objetivo geral do Simulador Rad&Mat é ressaltar as interações da radiação eletromagnética (fóton) com a matéria (elétron) em um sistema de 2 níveis de energia, de maneira clara e eficiente, para aplicar-se na pesquisa de campo com os estudantes. Entre os objetivos específicos, se destaca a variação de parâmetros na simulação, buscando relações de causa e efeito sobre os processos físicos envolvidos. Exemplos de telas do Simulador Rad&Mat estão representadas nas Figuras 1 e 2.

Figura 1: Tela Inicial da Simulação Computacional Rad&MatFonte: Elaborado pelos autores (2022)

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Figura 2: Tela da Simulação Computacional Rad&amp;Mat sobre o efeito absorção e emissão espontânea

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Fonte: Elaborado pelos autores (2022)

## 3ª Etapa - Elaboração da Sequência Didática

A terceira etapa consistiu na elaboração de uma sequência didática que abordasse os efeitos físicos mencionados anteriormente, utilizando o Simulador Rad&amp;Mat , como uma ferramenta no processo de ensino e aprendizagem, associada a adaptação ao ensino remoto da Metodologia Ativa dos Três Momentos Pedagógicos de Delizoicov. Como o nome sugere, esta metodologia divide-se em três momentos sumarizados a seguir:

1º Momento Pedagógico - Problematização Inicial - Momento em que se verifica os conhecimentos prévios dos estudantes;

- 2º Momento Pedagógico - Organização do Conhecimento Momento em que os conhecimentos prévios são tratados com uma abordagem científica e
- 3º Momento Pedagógico - Aplicação do conhecimento Momento para verificar se houve a consolidação do processo de ensino e aprendizagem (STUDART, 2019).

A sequência didática elaborada está disposta no Quadro 1:

Quadro 1: Sequência Didática adaptada ao ensino remoto

## 4ª Etapa - Intervenção Didático-Pedagógica

A quarta etapa consistiu na aplicação da Sequência Didática disposta no Quadro 1 em um ambiente virtual de ensino, mediado através da plataforma GSuite ® (Google Sala de Aula, Google Sites e Google Meet), com 43 estudantes do terceiro ano do ensino médio da rede pública, na cidade de Sapucaia-PA.

## Resultados e Discussões

A partir da observação e análise das atividades desenvolvidas durante a Intervenção Didático-Pedagógica constatou-se que os estudantes aprovaram o formato de aula online , com a utilização das TDIC e emprego de Metodologias Ativas. Além disso, eles reconheceram a relevância dos conteúdos ensinados, para além da sala de aula.

As atividades realizadas com os Simulador Rad&amp;Mat no 2º Momento Pedagógico foram o ponto alto da Intervenção Didático-Pedagógica, gerando grande engajamento dos estudantes nas atividades e discussões propostas, sobre os três processos de interação da radiação com a matéria apresentados. A maneira como os estudantes interagiam e percebiam a diferença entre os três processos foi formidável, levando em conta que se fosse apenas uma aula expositiva, dificilmente teria-se atingido a compreensão dos assuntos tão rápido.

As avaliações do Simulador Rad&amp;Mat , enquanto agente facilitador da compreensão dos conteúdos e facilidade de uso, estão dispostas nas Tabelas 1 e 2, respectivamente, de onde percebe-se que o simulador foi muito bem avaliado em ambos os quesitos.

Tabela 1: Percentual avaliativo do Simulador Rad&amp;Mat enquanto agente facilitador na compreensão dos conteúdos, numa escala de 1 a 5

Fonte: Elaborado pelos autores (2022)

Tabela 2: Percentual avaliativo do Simulador Rad&amp;Mat enquanto a facilidade no seu uso

Fonte: Elaborado pelos autores (2022)

## Considerações Finais

A utilização dos ODA, especialmente, as Simulações Computacionais produzidas através das TDIC, são úteis para potencializar uma aprendizagem significativa de temas ligados à Física Moderna e Contemporânea, junto aos

estudantes da Educação Básica, já que proporcionam um dinamismo diferente, no que tange às aulas consideradas tradicionais. Entretanto, a introdução dos simuladores não pode ser pensada como um fim para promover um ambiente de aprendizagem, ou substituir integralmente a figura do professor durante o processo.

O uso do Simulador Rad&amp;Mat permitiu a abordagem dos conteúdos ligados à interação da radiação com a matéria de forma mais lúdica e uma melhor compreensão das relações de causa e efeito entre as variáveis envolvidas, ampliando a capacidade de imaginação e intuição dos estudantes.

Mediante os resultados alcançados durante a realização da intervenção didática, conclui-se que a associação do Simulador Rad&amp;Mat à Metodologias Ativas proporcionam indícios de uma aprendizagem significativa, visto que os estudantes foram capazes de transportar tais conhecimentos adquiridos, para o ambiente externo da sala de aula, por meio de trocas de experiências com seus colegas.

## Referências

BRASIL, Base Nacional Comum Curricular (BNCC) . Disponível em http://basenacionalcomum.mec.gov.br/wpcontent/uploads/2018/02/bncc-20dezsite.pdf. Acesso em: 23 de ago. 2020. p.537.

BACICH, Lilian; MORAN, José. Metodologias Ativas para uma educação inovadora: uma abordagem téorico-prática . Porto Alegre:1ª ed. Penso. 2018, p.915.

BECK, R.J. Learning objects: what? Center for Internation Education. University of Winsconsin: Milwaukee, 2002. Disponível em: &lt;https://revista.facfama.edu.br/index.php/PedF/article/view/187/163&gt;. Acesso em: 17 de fev. 2020.

NUSSENZVEUG, Herch Moysés. Curso de Física Básica . 4ed. São Paulo: Edgard Blucher. 2002.

MOREIRA, Marcos Antônio. Orientações sobre o Currículo . Disponível em: &lt;http://www1.fisica.org.br/mnpef/orientacoes-sobre-o-curriculo&gt;. 2015. Acesso em: 17 de fev. 2022.

ROSA, Cleci Teresinha Werner da; TREINTIN, Marco Antonio Sandini e BIAZUS, Marivane de Oliveira. Disponível em: Tecnologias Educacionais no ensino de física: Retrato das pesquisas nacionais . Revista Ensino de Ciências e Tecnologia em Revista Vol. 7, n. 2. jul./dez.p.30. 2017. Acesso em: 17 de fev. 2022.

STUDART, Nelson. Inovando a Ensinagem de Física com Metodologias Ativas . Revista do Professor de Física. Brasília, vol. 3, n. 3, p.1-24. 2019. Disponível em: &lt;www.periodicos.unb.br&gt;. Acesso em: 25 de jan. 2022.