ATIVIDADES VIRTUAIS DE MECÂNICA NO ENSINO MÉDIO

## ATIVIDADES VIRTUAIS DE MECÂNICA NO ENSINO MÉDIO

Severino, Elizabeth Zaki Gonçalves (elizabethzgs@uol.com.br)

Instituto de Física, Universidade de São Paulo

## RESUMO

## 1 - Papel das Atividades Virtuais

A utilização das novas tecnologias de informação e comunicação no ensino, especificamente a Internet e softwares educacionais, tem sido alvo de grande interesse, tanto para o ensino presencial quanto para o ensino aberto e à distância.

Embora ferramenta indispensável para o ensino à distância e que em muito enriquece o ensino presencial, há que se tomar cuidado para que o uso do computador não se restrinja a uma máquina de fornecer informação, mas a uma ferramenta para auxiliar a construção do conhecimento (Veit, 2002).

Na atualidade, a Informática tem uma aplicação muito diversificada no ensino da Física, sendo utilizada em medições, gráficos, avaliações, apresentações, modelagens, animações e simulações (Medeiros, 2002).

Utiliza-se a palavra modelagem no sentido de um processo de representação. Um modelo é uma representação simplificada de um sistema, mantendo apenas as suas características essenciais (Veit, 2002).

A construção, entretanto, de uma simulação computacional pressupõe, necessariamente, a existência de um modelo que lhe dá suporte e que lhe confere significado. As simulações podem ser vistas como representações ou modelagens de objetos específicos reais ou imaginados, de sistemas ou fenômenos. Elas podem ser bastante úteis, particularmente quando a experiência original for impossível de ser reproduzida pelos estudantes (Medeiros, 2002).

As modernas técnicas computacionais têm tornado as representações visuais e simulações computacionais fáceis e verdadeiramente espetaculares. Porém, essa arma poderosa pode servir, paradoxalmente, também, para comunicar imagens distorcidas da realidade com eficiência igualmente maior do que a das figuras estáticas. Uma animação não é, jamais, uma cópia fiel do real. Toda animação, toda simulação está baseada em uma modelagem do real. Se essa modelagem não estiver clara para professores e educandos, se os limites de validade do modelo não forem tornados explícitos, os danos potenciais que podem ser causados por tais simulações são enormes. O valor de qualquer simulação está condicionado ao modelo, à teoria Física utilizada em sua construção. Tanto a teoria como evidentemente o software, que está baseado nela, tem contextos de validade que dependem dos pressupostos utilizados. Apesar de todas as críticas, entretanto, há que se admitir que boas simulações, criteriosamente produzidas, são eficazes.

As imagens têm sido usadas como complemento ao uso das linguagens verbal, escrita e da Matemática. As ilustrações estáticas referentes a fenômenos dinâmicos precisam, no entanto, ser animadas nas mentes dos leitores. A experiência tem mostrado que em muitos casos essas ilustrações não têm sido de grande ajuda. O auxílio gestual provido pelos professores para a interpretação dessas imagens em sala de aula, assim como as suas ilustrações adicionais no quadronegro, que levam um certo tempo para serem feitas além de não serem de fácil execução, não têm sido também de grande eficiência. O uso de animações e simulações computacionais podem ser uma solução para tais problemas, priorizando a interatividade entre o aprendiz e o computador (Medeiros, 2002).

A introdução da modelagem no processo ensino/aprendizagem tende a desmistificar a imagem da Física 'extremamente difícil', possibilitando uma melhor compreensão do seu conteúdo

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e contribuindo para o desenvolvimento cognitivo em geral, pois a modelagem facilita a construção de relações e significados, favorecendo a aprendizagem construtivista (Veit, 2002).

Dentro desse quadro amplo de problemas, vimos priorizando investigar o uso da informática no Ensino Médio como instrumento didático em complementação a aulas presenciais. Assim, ainda que reconhecendo o papel essencial das tecnologias em possibilitar novas formas de aprender em situações de ensino a distância, nosso interesse consiste em aprofundar o uso de imagens, simulações e modelagens no ensino presencial. Em particular, buscamos identificar algumas situações em que esses elementos pudessem representar contribuições específicas, não realizáveis através de outros recursos. Há situações, por exemplo, como é o caso de aspectos da gravitação, que são difíceis de serem concretizadas através de experimentos de laboratório, o que pode ser resolvido, em parte, através da utilização de recursos e ferramentas do computador.

Com o objetivo de investigar a forma de inserção desses recursos em situações de sala de aula, foram elaboradas algumas atividades envolvendo uso da informática cujos resultados serão explicitados a seguir.

## 2 - Descrição Geral

As atividades desenvolvidas e propostas foram incluídas no curso de Laboratório de Física do primeiro ano do Ensino Médio de um colégio da rede particular em São Paulo, onde as aulas experimentais são paralelas às aulas teóricas. Estas são essenciais na compreensão e apreensão do conteúdo por parte dos alunos. Porém, existem momentos onde é impossível adequar um experimento ao conteúdo teórico trabalhado. Por conta disso, ao longo de três anos foram desenvolvidas e aplicadas atividades virtuais presenciais de Mecânica, no período destinado às aulas de laboratório, que foram realizadas no Centro de Informática do colégio, onde cada computador é utilizado por dois alunos. Enfatiza-se que, apesar de trabalharmos no espaço do laboratório, não se propõe o uso do computador para efetuar medidas nem adquirir dados, mas este é explorado através de recursos visuais, simulações, applets, links e Internet. Estas atividades já existem disponíveis na Internet e serão apresentadas aos participantes do XVI SNEF.

## 3 - Descrição das Atividades

Foram realizadas três atividades, que serão descritas a seguir, sendo que cada uma foi aplicada em uma aula de 75 minutos. Duas delas foram compostas de um roteiro a ser preenchido por cada aluno a partir de simulações feitas através de applets da Internet. Há uma página publicada com os links correspondentes aos endereços propostos para facilitar o acesso, mas os endereços também estão no roteiro impresso, o que permite aos alunos que dispõe de acesso à internet trabalhar também de casa. Para finalizar cada atividade, há outros links interessantes que podem ser acessados.

## 3.1 - Soma de Vetores e Lançamento Oblíquo

Esta atividade é dividida em duas partes. Na primeira, trabalha-se a partir de uma simulação sobre adição de vetores segundo a regra do paralelogramo, onde dois vetores são criados num sistema de eixos cartesianos e o programa constrói o vetor que representa a soma deles. No roteiro são anotadas as coordenadas de cada vetor e o esboço da representação vetorial observada na tela do computador. Os alunos presenciam várias situações vetoriais, bem como apreendem o conceito de vetor - intensidade, direção e sentido - além de raciocinar antes de trabalhar.

Na segunda parte trabalha-se com simulações sobre Lançamento Oblíquo em três momentos: observação do lançamento oblíquo de uma maçã (qualitativo), gráfico de lançamento oblíquo e simulação de canhão (quantitativos).

No primeiro - lançamento da maçã - aborda-se um aspecto qualitativo do movimento, uma vez que o applet representa, durante todo o movimento, os vetores velocidade real ou resultante, componentes em x e em y da velocidade e aceleração da gravidade.

O aluno observa o movimento da maçã, verificando a decomposição vetorial, aprendendo algumas características fundamentais referentes a esses vetores - constância da componente em x da velocidade e da aceleração da gravidade; a velocidade real é a soma das componentes em x e em y; diminuição na subida e aumento na descida da intensidade da componente em y da velocidade, sendo que na altura máxima sua intensidade é nula, além da mudança de sentido na descida.

No segundo - gráfico - o aluno determina a velocidade inicial e o programa calcula e explicita na tela o valor da altura máxima, do alcance, da velocidade final e do tempo de duração do movimento. Uma vantagem desta simulação é que ela permite o registro de cinco trajetórias na tela, possibilitando a visualização de características particulares com ângulos complementares.

No terceiro - simulação de canhão - estipula-se o ângulo de lançamento e, por tentativa e erro, determina-se a velocidade inicial da bala necessária para se atingir um alvo fixo no solo, sendo que na tela fica registrada a trajetória da bala, para cada tiro.

Através desta simulação, o aluno preenche o roteiro com a velocidade inicial para um ângulo dado. Com estes valores, ele calcula as componentes em x e em y da velocidade inicial, altura máxima, alcance e tempo de duração do movimento, revisando os conceitos aprendidos em aula teórica.

## 3.2 - Leis de Newton

Para esta atividade foi elaborado um site na Internet. Num primeiro momento trabalha-se com leitura e, num segundo momento, realizam-se algumas demonstrações para conferência de resultados referentes ao questionário de revisão.

A parte de leitura é composta de uma página principal sobre Newton, com hiperlinks referentes ao conceito de força e a cada Lei de Newton. Em seguida há a leitura de um texto que propõe uma problematização correspondente à Terceira Lei de Newton.

Para finalizar há uma página de revisão onde cada aluno deve responder em uma folha a questões referentes a algumas situações propostas. Nos 20 minutos finais da aula, essas situações são demonstradas na prática e discutidas com a classe, possibilitando a cada aluno conferir e corrigir, se necessário, suas respostas. Dessa forma é possível o aluno avaliar o quanto compreendeu do que foi lido.

## 3.3 - Gravitação

Esta atividade é dividida em três partes. Na primeira, trabalha-se a partir de uma simulação sobre o movimento dos nove planetas do Sistema Solar. Os alunos preenchem uma tabela do roteiro com informações extraídas desta simulação - nome do planeta, diâmetro, distância média ao Sol, período de translação e massa em relação à Terra. Além disso, a partir da observação da órbita de cada planeta compreende-se a relação entre período de translação e distância ao Sol. Há um desenho dos nove planetas em proporção real, possibilitando a visualização do significado do diâmetro de cada planeta em relação à Terra. Em seguida trabalha-se com uma simulação divertida onde o aluno descobre o seu peso em cada planeta do Sistema Solar, compreendendo a diferença entre massa e peso, e a relação entre peso e gravidade.

Na segunda parte trabalha-se com simulações e leituras sobre as três leis de Kepler; e na terceira parte, trabalha-se com a leitura referente a lançamento de satélites e satélites estacionários e com uma simulação sobre lançamento de satélites. Os alunos conferem o que foi aprendido na teoria e amplia seu conhecimento com estas atividades.

## 4 - Resultados e Considerações

A descrição de cada atividade corresponde ao seu último formato, que vem evoluindo ao longo de três anos, incorporando resultados anteriores.

Para realizar tais atividades foi necessário aprender a manusear muitas ferramentas computacionais de forma a apresentar um conteúdo atrativo e coerente com o que já existe na atualidade. E o mais interessante é que é fundamental atualizar-se constantemente, uma vez que o âmbito computacional é muito dinâmico.

A escolha das simulações é uma das partes mais delicadas, requerendo o máximo de atenção. É preciso t er em mente que o ponto de partida de toda simulação é a imitação de aspectos específicos da realidade, ou seja, por mais atraente que uma simulação possa parecer, ela estará sempre 'presa' a um modelo matemático desenvolvido para descrever a natureza, e este modelo poderá ser uma boa imitação ou, por outras vezes, um autêntico absurdo. Uma simulação pode tão somente imitar determinados aspectos da realidade, mas nunca a sua total complexidade. Uma simulação, por isso, nunca pode provar coisa alguma. O experimento real será sempre o último juiz.

Há uma distinção entre o momento em que cada atividade é aplicada que julgo pertinente abordar, referente à forma de utilização em sala de aula.

A atividade sobre soma de vetores e lançamento oblíquo é uma atividade de 'fechamento' de conteúdo. Dessa forma, os alunos realizam-na após todo o conteúdo teórico ter sido tratado, o que resulta num conhecimento prévio sobre os conceitos a serem trabalhados. Mesmo assim, os alunos detectam pontos que ainda não estavam bem assimilados, tendo mais uma oportunidade de trabalhar com a questão e explorar o que anteriormente fora apenas ouvido, fixando melhor o conteúdo.

Já o site referente a Leis de Newton tem um outro formato e objetivo: ele é de 'abertura'. É a primeira aula em que se trabalha com os princípios da Dinâmica. Dessa forma, os alunos ainda não foram introduzidos ao conteúdo teórico, possuindo apenas conhecimentos 'intuitivos' e espontâneos. A proposta é bem aceita pelos alunos e os experimentos finais bem trabalhados, sendo que na hora das demonstrações há um ótimo aproveitamento e revisão do que foi lido.

Por fim, a atividade sobre Gravitação é a única aula 'experimental' sobre o assunto. Julgo ser uma aula fundamental uma vez que é impossível realizar um experimento de Gravitação no laboratório do colégio. Dessa forma, o computador possibilita a visualização de conceitos teóricos que, além de não serem 'visíveis e palpáveis', são bastante abstratos.

Os alunos encararam tais atividades de forma bastante positiva, envolvendo-se significativamente em cada uma delas. Houve uma facilidade de manuseio da ferramenta devido ao fato de muitos já serem fluentes na utilização desta mídia. A assimilação do conteúdo foi visível e o fato de fazer parte de uma aula favoreceu bastante uma vez que ao surgir alguma dúvida o aluno questionava o professor no momento, compreendendo mais o conteúdo.

Enfim, este trabalho priorizou o uso da informática como instrumento didático complementando as aulas presenciais. As situações que a princípio eram impossíveis de representar na prática através de experimentos de laboratório, foram trabalhadas positivamente através da utilização de recursos e ferramentas do computador. A utilização de tais recursos é ainda complexa e escassa, sendo que o sucesso de tais propostas depende de inúmeros elementos, exigindo mais investigação.

## 5 - Bibliografia

MEDEIROS A. e MEDEIROS C. F., Possibilidades e Limitações das simulações Computacionais no Ensino de Física, Revista Brsileira de Ensino de Física, 24 (2), 2002.

VEIT E. A. e TEODORO V. D., Modelagem no Ensino / Aprendizagem de Física e os Novos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, Revista Brsileira de Ensino de Física, 24 (2), 2002.