FÍSICA EXPERIMENTAL AUXILIADA POR LABORATÓRIO VIRTUAL VIA WEB

## FÍSICA EXPERIMENTAL AUXILIADA POR LABORATÓRIO VIRTUAL

Elcio Schuhmacher Dr. 1 [elcio@furb.br]

Antônio Tavares. [tavares@inf.furb.rct-sc.br] 1

2

Mauro Rogério da Silva MSc.

[msilva@furb.br]

Hélio dos Santos Silva Dr.

1

[heliosil@furb.br ]

Oscar Dalfovo Dr. 2

[dalfovo@furb.br]

Ivani T. Lavall 3 [ dfi2itl@joinville.udesc.br ]

Ricardo Alencar de Azambuja M. Ad.

2 [zamba@furb.br]

89.010-971 - Blumenau (SC) Brasil. (047) 321-0274.

- 2 Departamento de Sistemas e Computação-Universidade Regional de Blumenau (FURB). Rua Braz Wanka, 238.

89.035-160 - Blumenau (SC) Brasil. (047) 321-7801.

- 3 Departamento de Física -Universidade para o Desenvolvimento do Estado de S. Catarina (UDESC).

89.035-160 - Joinville (SC) Brasil. (047) 321-7801.

## RESUMO

Este trabalho relata os resultados preliminares de uma experiência no ensino de Física a alunos da disciplina de Física Experimental do Curso de Bacharelado em Ciência da Computação da Universidade Regional de Blumenau (FURB), em Blumenau (SC). A proposta do trabalho é contribuir com a aprendizagem de Física, utilizando-se das novas tecnologias existentes como simulações e a experimentação remota. No trabalho é discutida a utilização do computador como instrumento auxiliar no ensino de Física Experimental. São discutidas também as bases de um Laboratório de Experimentação Virtual (simulado e remoto), no qual, se está desenvolvendo uma infra-estrutura com base em um sistema de monitoração de simulações, controle dos experimentos remotos e metodologias para a usabilidade dos experimentos virtuais por meio de servidores WEB.

## INTRODUÇÃO

A inserção do computador nos cursos de graduação e nas escolas, como instrumento de ensino adicional às aulas convencionais, vem crescendo progressivamente em todo mundo. No que concerne ao ensino de Física, todas as séries apresentam tópicos que envolvem conceitos técnicos e cálculos, onde as situações virtuais criadas no computador oferecem importante auxílio à aprendizagem de tais conceitos. Os softwares educacionais disponíveis no mercado apresentam alternativas para alunos com diferentes graus de desenvolvimento cognitivo e diferentes concepções sobre o tema abordado. Ë claro que os softwares assim concebidos não podem lidar com questões subjetivas, ou seja, com a própria linguagem, concepção e nível cognitivo do aluno, aproximandose tanto quanto possível da interação professor-aluno na relação ensino-aprendizagem, propiciando uma aprendizagem realmente significativa.

Com a popularização da Internet, o uso e de integração dela com processos de monitoração remota surge como um recurso de apoio a sistemas de controle monitorado a distância, dentro do Ensino, ampliando a dimensão de utilização dessa própria Internet.

Segundo Ausubel, uma das condições fundamentais para que ocorra a aprendizagem significativa é que novas informações devem relacionar-se, de alguma forma, com um elemento

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relevante da estrutura do conhecimento do indivíduo [Moreira 1983], ou seja, as novas informações devem fazer sentido para o indivíduo. Indivíduos diferentes terão interpretações diferentes, portanto, para que os mesmos obtenham aprendizagem significativa sobre um determinado tema, as informações a eles oferecidas devem ser diferentes.

Neste caso a utilização de computadores para o ensino pode se tornar mais eficiente se um a interface apropriada, entre aluno e máquina estiver disponível, fazendo com que o aprendiz possa aprimorar sua estrutura cognitiva a partir de seus subsunçores [Nogueira 2000]. Uma possibilidade para se criar tal interface é que ela seja baseada na linguagem própria dos mesmos. Se o computador puder compreender a linguagem do aluno (mesmo as gírias e termos qualitativos como 'mais alto', 'menos intenso', etc.), então a interação do aluno na realidade virtual criada pelo computador se amplia.

- O computador segundo Costa [Costa 1995], desempenha um papel importante na aprendizagem da Física, pois, quando empregado criteriosamente, se transforma numa ferramenta auxiliar de valor inestimável para o aprendizado e numa fonte de estimulo à criatividade inesgotável. É claro que um programa por si só pode não funcionar como um estímulo à aprendizagem. O seu sucesso irá depender da integração do mesmo ao currículo e às atividades desenvolvidas em sala de aula, como acrescenta Driver (1989).

A utilização de simulações de experiências na introdução ou aprofundamento de um determinado conceito físico possibilita uma melhor visualização do conteúdo abordado. As demonstrações baseadas em simulações em computador, de uma maneira geral, torna os alunos mais participativos. A possibilidade de rapidamente mudar parâmetros, e verificar a conseqüência nos movimentos estudados, que uma simulação computacional proporciona, incita os estudantes a querer conhecer o comportamento dos sistemas físicos nas mais diversas situações. Este tipo de aula, mais interativa, é um elemento que pode tornar o processo de ensino mais dinâmico.

## METODOLOGIA

Esta se criando na Universidade Regional de Blumenau-SC um ambiente de aprendizagem que utiliza ferramentas computacionais, com objetivo de simular o mundo real. Neste ambiente de aprendizagem denominado 'Aprendiz', desenvolvido para o Ensino à Distância via Internet, está sendo implementado um laboratório Virtual de Ensino/Aprendizagem: composto de um Laboratório de Simulação e um Laboratório de Experimentação Remota.

A estrutura de um Laboratório de Simulação é formada por um conjunto de simulações, modelagens e visualizações. Eles não existem no mundo físico, real, e isto tem levado alguns educadores a relutar em classificá-los como laboratórios no sentido estrito do termo. Já a Experimentação Remota é um sistema combinado de um computador (servidor) e dispositivos externos reais que permite ao usuário controlar via Internet, qualquer elemento conectado ao servidor, como se o usuário estivesse no local do sistema, como indica o diagrama da Figura 1.

Fig. 1. Diagrama esquemático de acesso à Experimentação Remota

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Como acentua Borges (2000, p. 18), o Laboratório de Experimentação Remota como é chamada, é uma aplicação educacional nova que permite a estudantes buscar informações no mundo real a partir de um computador remoto e em tempo real. Nele se permite executar ações em dispositivos externos ao computador que está sendo acessado, ainda que controlados pelo mesmo.

- O objetivo da utilização do Laboratório Virtual é substituir a exigência da elaboração de trabalhos preparatórios, entre eles leitura de roteiros de experiências, testes a respeito do tema a ser estudado, etc. Sendo que cada experiência remota/virtual consta de três seções: introdutório, roteiro da experiência, relatório, as quais os alunos devem realizar via Internet, para depois vir participar da aula Experimental no laboratório.
- · O Introdutório tem como objetivo municiar os alunos com conceitos; exercitá-los no uso dos mesmos; criar a ambiência para a compreensão do fenômeno a ser estudado; indicar a importância de se realizar a experiência proposta e sugerir caminhos alternativos para a apreensão e compreensão do fenômeno.
- · O roteiro da experiência contém: a descrição física dos instrumentos e dispositivos virtuais que serão manipulados ao longo da aula;
- · O relatório consta de um questionário interativo multimídia destinado a testar o conhecimento adquirido através da experiência virtual.

## Atividades Desenvolvidas

A partir do segundo semestre de 2002, começou-se a introduzir de forma sistemática nas aulas teóricas de Física Experimental da turma de Ciência da Computação, quinta fase, programas de simulação versando sobre a unidade de Eletricidade. Sendo e ste, o primeiro e único contato dos alunos do curso com a Física. A quantidade de grandezas envolvidas no estudo de eletricidade causava muita confusão e uma variedade de interpretações. O conteúdo era explanado teoricamente em sala de aula, com uso de transparências e demonstrações.

Utilizou-se na seqüência, no laboratório de computação de ' applets'e programas livre de simulação, como uma ferramenta auxiliar no processo ensino de eletricidade. Os programas permitiram que os alunos pudessem visualizar os conceitos de campos elétricos e forças de atração e repulsão, discutidos em sala de aula e que interagissem com os programas modificando alguns parâmetros tais como: distância, valor das cargas.

Mas observou-se uma melhora na compreensão dos conteúdos por parte dos alunos, durante a realização de experimentos remotos, vias Internet, no momento que mais convêm ao aluno, pois o sistema permite que o usuário interaja, via servidor, com os sensores de tensão e corrente que passam nas resistências. Os resultados podem ser observados 'on-line' via uma webcam acoplada ao servidor e os dados adquiridos nos sensores são enviados ao usuário quando da finalização do experimento. A atividade da disciplina é então complementada por uma experiência realizada em um laboratório experimental, onde o aluno manipula o multímetro e resistências.

## RESULTADOS

Em questionário aplicado aos alunos de Física Experimental, sobre o uso de simulações como complemento as aulas de teoria, 42% responderam que estas simulações auxiliaram bastante; 52% disseram que as mesmas auxiliaram razoavelmente e; 3%, que elas não auxiliaram no entendimento do assunto. Em relação aos semestres anteriores percebeu-se um melhor

entendimento dos alunos no momento de manipular o instrumental. Pois ocorre um menor número de perguntas sobre o que fazer, o como fazer as associações em série ou paralelo. E percebe-se nas avaliações respostas mais claras sobre o conteúdo estudado.

A relação entre teoria/simulação/prática apresenta um resultado abaixo do esperado devido a que muitos alunos tendem a apresentar uma concepção errônea de que o objetivo das atividades experimentais se esgote em simplesmente complementar a abordagem teórica dos conceitos de Física, o que não é correto, na medida em que a abordagem prática incorpora outros elementos no processo de aprendizagem, requerendo o desenvolvimento de habilidades específicas e inerentes à natureza da própria experimentação. [Souza (2001), Teixeira (2000)]

As atividades experimentais propostas, alcançaram satisfatoriamente um de seus objetivos básicos, ou seja, a realização das atividades em grupo ou individual, de modo a promover a interação como assuntos abordados, o que deveria ocorrer também fora do laboratório durante as etapas de análise dos dados e preparação do relatório final da Experimentação Remota.

## ANÁLISE E CONCLUSÕES

O conjunto de resultados obtidos tanto na parte quantitativa quanto na parte qualitativa desta investigação contém importantes elementos que, certamente, serão úteis e oportunos nesse momento em que se planeja introduzir algumas modificações na estrutura do laboratório Virtual de Física, já que foram apontadas, deficiências em pontos da disciplina, bem como, a necessidade de melhoria no texto dos roteiros utilizados e planejar um cronograma de atividades mais adequado. A utilização do Laboratório Virtual propicia uma forma de ensino mais dinâmica na promoção da aprendizagem significativa, desenvolvendo a motivação pelo estudo.

## REFERENCIAS

Moreira, M. A. Uma abordagem cognitivista ao ensino de física. Porto Alegre, Editora Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1983.

Nogueira, J. S, Rinaldi, C. Ferreira J. M., Paulo, S.R. de.. 'Utilização do computador como instrumento de ensino: uma perspectiva de aprendizagem significativa', Revista Brasileira do Ensino de Física, Vol.22 No. 4, dezembro, 2000, p.517-522.

Costa, A. M. e Paulo S.R. 'Performance de um programa de inteligência artificial baseado em rede semântica e suas possíveis aplicações no ensino de física". Segunda Reunião Especial da SBPC, Cuiabá - MT, Livro de Resumos, 1995 p,p. 232.

Driver, R. 'Students' conceptions and the learning of science" - International Journal of Science Education, Vol.11, 1989 pp. 481-490.

Borges, A. P; Peres-Lisboa, M.O. and Alexandre S.E. "Virtual Laboratory Associated to Intelligent Instrumentation," in IES 2000 Internet Education Science, Ucrânia.

Souza A.L. e Oliveira J.C.'Laboratórios acessíveis via Internet: um recurso didático para o ensino/aprendizado de Engenharia Elétrica.' Anais do VIIEEE Encontro de Educação em Engenharia. 2001

Teixeira Araújo, M. S; Abib, M. L. V. 'Experimentação no ensino médio: Novas possibilidades e Tendências.'In: ABIB, M. L. V. S. et al. (Eds). Encontro de Pesquisa em Ensino de Física VII, 2000 Florianópolis.