APRENDIZAGEM MEDIADA POR COMPUTADOR: UMA EXPERIÊNCIA DE ENSINO DE FÍSICA COM A UTILIZAÇÃO DA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

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## APRENDIZAGEM MEDIADA POR COMPUTADOR: UMA EXPERIÊNCIA DE ENSINO DE FÍSICA COM A UTILIZAÇÃO DA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Francisco Herbert Lima Vasconcelos - herbert@multimeios.ufc.br a José Rogério Santana - rogerio@multimeios.ufc.br b Hermínio Borges Neto - herminio@multimeios.ufc.br c

- a Universidade Federal do Ceará - Departamento de Física.
- b Universidade Federal do Ceará e Universidade Estadual do Ceará.
- c Universidade Federal do Ceará - Faculdade de Educação.

## RESUMO

Uma das dificuldades enfrentadas pelos alunos no ensino médio é a compreensão de alguns conteúdos ensinados em Física. Parte deste problema se deve principalmente pela dificuldade de visualização física de alguns fenômenos. Diante desta problemática, propomos a utilização por parte do professor de recursos computacionais que possam colaborar na resolução desta limitação. Dentro desta perspectiva, o uso do computador aplicado ao ensino de Física, através da modelagem e da simulação de fenômenos físicos poderá apresentar-se como uma saída para este problema. Com o intuito de verificar as potencialidades deste novo recurso realizamos um curso de ensino de Física assistido por computador, realizando atividades didáticas de simulação utilizando software educativo junto a 12 professores do Colégio Militar de Fortaleza. Através desta experiência de ensino constatou-se que o uso de software educacional de simulação e modelagem poderá se tornar um recurso de grande viabilidade no processo de ensino aprendizagem, permitindo a analise de fenômenos físicos a partir de equações e desenvolvendo atividades de simulação. Desta forma, através de um ambiente computacional de manipulação e modelização de equações o aluno pode construir um conhecimento partindo da idéia de que o modelo matemático utilizado não se apresenta apenas como uma fórmula estática e sim como algo inserido em fenômenos do seu cotidiano.

Palavras-Chaves: Simulação, Modelagem, S oftware Educativo.

## 1. INTRODUÇÃO

Este relato tem por finalidade apresentar uma experiência da utilização do computador no ensino de Física. A informática no âmbito educacional vem cada vez mais se consolidando como uma ferramenta didática para o professor em sala de aula. No ensino de Ciências em Física, o uso destes recursos possibilita a construção e manipulação de simulações baseadas em conteúdos curriculares. O que se pode perceber, é que há uma excessiva valorização pela utilização direta de fórmulas na resolução de situações apresentadas em sala de aula, deixando assim de possibilitar ao aluno que ele chegue as suas próprias conclusões a cerca de determinados conhecimentos. Em função desta dificuldade, o uso do computador como uma ferramenta de construção do conhecimento físico tem possibilitado a professores e alunos realizar simulações que permitam a visualização do fenômeno estudado, tornando assim o modelo matemático mais significativo e próximo da realidade dos estudantes. O saber físico pretende ser uma descrição mais exata possível da realidade. A partir de fatos produzidos ou observados experimentalmente, ele é um corpo articulado de conceitos, leis, princípios, convenções, que se relacionam por meio de operações lógico-formais e se articulam através de regras e fórmulas matemáticas. Portanto, a compreensão

conceitual da realidade, começa com as idealizações, e e ssa conquista ocorre quando é estabelecido um modelo conceitual. Segundo Bunge (1974), este modelo é uma representação esquemática da realidade, ou de uma situação real, e se atribuem a ele propriedades possíveis de ser tratadas por teorias. A construção de um modelo sobre uma teoria, em Física apresenta-se através de modelos matemáticos didáticos.

É de particular interesse para a Física do ensino médio ou até mesmo universitário os modelos que estabelecem alguma relação entre grandezas físicas e suas variáveis. Entretanto, o uso destes modelos torna o conhecimento físico escolar, como algo muito difícil em que é preciso decorar fórmulas cuja origem e finalidade é geralmente desconhecida. A introdução da modelagem computacional no processo de ensino e aprendizagem pode desmistificar esta imagem da Física no âmbito escolar. Este processo de modelagem a partir da construção de simulações utilizando o computador possibilita uma maior compreensão dos conteúdos e contribui para o desenvolvimento cognitivo em geral, além de favorecer uma aprendizagem significativa Assim, pode-se melhorar o . processo de aquisição do conhecimento, exigindo que os estudantes pensem em um nível mais elevado, generalizando conceitos e relações além de propiciar oportunidades para que os alunos testem seus próprios modelos cognitivos, detectando e corrigindo inconsistências. Desta forma, torna-se claro que estes programas de modelagem e simulação (como por exemplo, o Modellus ) são recursos didáticos da maior valia no processo de aprendizagem em Ciências, pois a compreensão do saber científico e a construção do conhecimento em Física passam pela modelagem, e estes softwares costumam ser tais que facilitam estudos exploratórios individuais. Deste modo eles podem servir como elementos motivadores para o trabalho colaborativo em sala de aula. Portanto, investigar a postura do professor diante do uso das tecnologias computacionais educativas aplicadas ao ensino, consiste em verificar a viabilidade didática deste recurso. Diante da problemática que envolve o ensino de Física, e da possibilidade do uso de recursos computacionais aliados a simulação e modelagem na construção do conhecimento, realizamos um curso de Física assistido por computador para detectar a viabilidade destas ferramentas no processo de ensino.

## 2. A EXPERIÊNCIA NO ENSINO DE FÍSICA POR COMPUTADOR

O curso foi desenvolvido no Colégio Militar de Fortaleza, que apresenta um quadro de docentes conceituados em relação ao conteúdo proposto. Durante o curso contamos com a participação de u m grupo de 12 professores do Ensino Fundamental e Médio das áreas de Física e Matemática. O curso foi realizado durante uma semana em aulas ministradas no laboratório de informática da escola. Foram abordados conceitos sobre modelagem e simulação, informática educativa e o uso das novas tecnologias no ensino. Além disso, foram trabalhados conteúdos de Física referentes à mecânica clássica, movimentos uniforme e variado, oscilador harmônico e pêndulo simples, utilizando o software Modellus. Este software permite a construção e simulação de modelos de fenômenos físicos a partir de equações matemáticas que representam estes fenômenos. Deste modo, quando o aluno descreve o modelo matemático que traduz um determinado fenômeno, o Modellus permite a construção de simulações computacionais, gráficos, tabelas e animações de tal fenômeno, possibilitando ao aluno uma analise diferenciada da situação física. O curso foi dividido em sessões de 4 horas, sendo que em cada uma delas realizamos observações sobre a viabilidade do uso da informática para o ensino de física. Todos os dados do curso foram coletados através de filmagens, que ocorreram ao longo de todas as sessões. Através desta experiência pretendíamos realizar as seguintes observações: quais as estratégias utilizadas pelos professores para reproduzir no computador fenômenos físicos, quais as razões que motivaram a utilização da estratégia, e quais as expectativas geradas pelos professores com relação ao uso do computador, analisando suas vantagens e limitações para o ensino de Física.

Figura 02 - Realização das atividades de modelagem no computador com os professores.

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Figura 01 - Apresentação da metodologia de trabalho e do conteúdo do curso.

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## 3. DISCUSSÕES DOS RESULTADOS

Através da realização do curso em etapas foi possível verificar mais facilmente o desenvolvimento das habilidades dos professores com relação ao uso do computador. As situações apresentadas a seguir ocorreram durante a realização das sessões e permitem compreender em termos práticos a capacidade que os professores desenvolveram em transpor os problemas do papel para o computador, destacando características e peculiaridades deste processo. Dentre as situações observadas em cada sessão podemos destacar: 1ª. Sessão: durante esta sessão, verificou-se que o grupo de professores apresentou resistência quanto ao uso do computador. A mudança de postura do professor se apresenta como algo de difícil aceitação, principalmente pelo fato de exigir uma quebra das posturas tradicionalistas em sala de aula. Durante a apresentação do software , houve dificuldade em manipular as janelas do programa e seus principais recursos disponíveis. Após algumas atividades, observou-se que estas dificuldades foram superadas. 2ª. Sessão: propomos a realização de alguns problemas de física retirados de livros do ensino médio usando o computador. Ao solucionarem os problemas propostos, os professores demonstraram facilidade em realizar as construções dos modelos. Acreditamos que este fato se deve ao domínio que os mesmos apresentam em relação às atividades oriundas de livros didáticos. Outro fator de destaque foi à realização das simulações propostas nas atividades elaboradas. Embora houvesse, por parte dos professores, pouco tempo de manipulação do programa, eles concretizaram as simulações dos eventos que ocorriam nas atividades utilizando o computador. 3ª. Sessão: nesta sessão apresentamos uma situação problema que não se encontrava vinculada a problemas clássicos de Física. Durante a apresentação da solução dos resultados por parte dos professores, observamos que os modelos desenvolvidos por alguns professores não apresentavam viabilidade quanto à elaboração da simulação. Acredita-se que esta falha se deve a dois fatores, onde destacamos: a não formação dos professores em utilizar a tecnologia computacional a partir de modelos para gerar conhecimento, pois nas atividades transpostas do livro didático houve soluções viáveis, entretanto nas atividades não tradicionais o modelo desenvolvido não resolvia o problema proposto. O outro fator se deve a dificuldade encontrada pelos professores em manipular e simular modelos computacionais, que exigem um conhecimento diferenciado daquele trabalho em sala de aula. 4ª. Sessão: repetimos o experimento realizado na sessão anterior, aonde novamente chegamos à mesma situação e aos mesmos resultados anteriores.

## 4. CONCLUSÕES

Através desta experiência de ensino observaram-se algumas das principais expectativas dos professores sobre o uso da modelagem computacional com atividades didáticas de simulação, utilizando software educativo e sua viabilidade de utilização no ensino de Física. Detectamos como principais crenças e percepções dos professores acerca do ensino de Física assistido por computador, duas opiniões distintas: alguns professores acreditam que o uso do computador poderá apresentar-se como um instrumento de resolução de todos os problemas até hoje presentes no ensino de Física, enquanto outros consideram que esta ferramenta didática dificultará o aprendizado de alguns conteúdos, devido à complexidade no manuseio dos softwares . Desta forma, percebe-se que não há por parte deles uma análise sobre as potencialidades e limites do uso da modelagem computacional no processo de ensino e aprendizagem. Com as atividades propostas durante o experimento é possível perceber que o processo de modelagem e simulação matemática através do uso do computador poderá tornar-se uma alternativa de grande potencialidade para o ensino de ciência e para a construção do conhecimento no âmbito escolar. As atividades propostas durante o curso foram apresentadas com a finalidade de desenvolver a capacidade de construir conceitos e levar ao aluno a vivenciar as etapas de construção de uma equação, ou seja, comunicar seus resultados em forma de um modelo. Acreditamos que este experiência de ensino realizada com professores demonstra que atividades bem estruturadas e o ensino assistido por computador constituem um meio didático para que os alunos passem a conhecer o papel estruturador da matemática na física, no qual uma função torna-se um mecanismo que descreve um fenômeno físico pertencente ao cotidiano. Desta forma faz-se o aluno refletir sobre conceitos, fórmulas e equações desenvolvendo a capacidade de raciocinar criticamente sobre os conteúdos. Outro aspecto relevante foi à dificuldade do professor em utilizar a simulação computacional a partir dos modelos desenvolvidos na resolução dos problemas. Percebe-se que, embora os modelos estivessem corretamente resolvidos, ao serem levados ao computador não se adequaram às exigências dinâmicas do software . Isso se deve principalmente pelo fato de que, embora a maioria dos professores tenha domínio quanto aos conteúdos trabalhados durante o curso, estes não apresentam conhecimentos aprofundados sobre o uso das novas tecnologias aplicadas ao ensino.

## 5. REFERÊNCIAS

ANGOTTI, J. A. P. Fragmentos e totalidades do conhecimento científico e no Ensino de Ciências. São Paulo, 1991. Tese de doutorado. USP.

BASSANEZI, R. A modelagem matemática. Dynamis, Blumenau/SC, v.1, n.7, p.55-83, abr./jun. 1994.

BUNGE, M. Teoria e realidade. São Paulo: Perspectiva, 1974.

CAMILETTI, G &amp; FERRACIOLI, L., A Utilização da Modelagem Computacional Quantitativa no Aprendizado Exploratório em Física, Cadernos do ModeLab, Número 10, 12p, maio/2001

TEODORO, V. D.; VIEIRA, J.P &amp; CLÉRIGO, F.C.(2000) Introdução ao Modellus. Faculdade de Ciência e Tecnologia, Universidade de Nova Lisboa, Portugal.