A Hipermídia no Ensino de Física Moderna e Contemporânea

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## A HIPERMÍDIA NO ENSINO DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA

Daniel Iria Machado [dpedm@uol.com.br] a Roberto Nardi [r.nardi@uol.com.br] b

## RESUMO

Relata-se o desenvolvimento de um software educacional, parte integrante de uma pesquisa em andamento na qual se estuda a inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio, utilizando enquanto ferramenta a hipermídia. O desenvolvimento do software é fundamentado em estudos sobre algumas características e possibilidades da hipermídia educativa; em princípios de ensino e aprendizagem derivados do construtivismo cognitivista de Ausubel; e em enfoques da Educação em Ciência como: inserção da História e Filosofia da Ciência no ensino, discussão das relações entre Ciência, Tecnologia e Sociedade e a Física enquanto cultura. Busca-se evidenciar a possibilidade de se implementar sistemas hipermídia com base nos princípios ausubelianos de organização seqüencial, diferenciação progressiva, reconciliação integrativa e consolidação, incluindo a utilização de organizadores prévios e de mapas conceituais, considerando-se também outras abordagens embasadas em resultados da pesquisa em Educação em Ciências. Descrevem-se alguns textos que serão incluídos no software e exemplos de inter-relações possíveis entre os textos propostos, visando estabelecer os links do hipertexto. Expõe-se uma possível ordem para a apresentação dos textos mencionados, com base nos referenciais acima descritos e, também, uma seqüência didática para abordar os conteúdos em sala de aula incluindo , atividades de problematização.

PALAVRAS-CHAVE: Física Moderna; Hipermídia; Construtivismo.

## INTRODUÇÃO

No contexto atual de uma sociedade fortemente marcada pela Ciência e Tecnologia, a pesquisa em Educação em Ciências vem procurando formular e avaliar propostas que contribuam para a transformação da realidade escolar, analisando, em particular, os problemas relacionados à atualização curricular e à alfabetização científica. A pesquisa relacionada à inserção de tópicos resultantes dos progressos ocorridos na Física desde o final do século XIX até os dias atuais tem procurado contribuir para esta renovação no Ensino Médio. Seguindo esta linha de trabalho, apresenta-se aqui uma proposta de software para o ensino de tópicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) na escola secundária, utilizando a tecnologia da informação denominada hipermídia. A proposta é parte integrante de uma pesquisa mais ampla, na qual estuda-se a inserção de tópicos de FMC no Ensino Médio, utilizando como ferramenta a hipermídia.

Hipermídia é uma tecnologia da informação resultante da união de hipertexto e multimídia. O termo hipertexto refere-se à escrita não-linear, que possibilita ao leitor acessar os segmentos que compõem um texto em diferentes seqüências, segundo o seu interesse pessoal, mediante alternativas apresentadas com a utilização dos recursos interativos de um computador. Por multimídia , entende-se a integração de diferentes modalidades de mídia, dentre as quais textos, gráficos, imagens, desenhos animados, filmes, sons e música, em um único meio: o computador. A essência fundamental da hipermídia encontra-se nas relações entre os nós , ou janelas nas quais a informação é apresentada. Esses sistemas são compostos por uma rede de nós que se comunicam mediante relações chamadas links , que permitem ao leitor viajar no documento de um lugar (nó) a outro, instantaneamente,

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conectando as informações contidas no banco de dados, que podem se apresentar em formato multimídia. Segundo Babbitt & Usnick (1993), a hipermídia é um ambiente ideal para auxiliar os estudantes a estabelecer conexões entre os assuntos estudados, pois possibilita criar facilmente ligações entre conceitos, definições, representações e aplicações relacionadas, ampliadas com a adição de som, movimento e gráficos. A rede de conhecimentos resultante destas conexões tem o potencial de ser mais rica e forte que o conhecimento obtido com apresentações tradicionais. Diversas pesquisas têm evidenciado o potencial da hipermídia para as práticas educacionais. Paolucci (1998) mostrou que softwares hipermídia estruturados adequadamente podem ser utilizados enquanto sistemas de aprendizagem para aumentar o desempenho dos estudantes e os resultados por eles obtidos. Este autor verificou que os sistemas hipermídia parecem proporcionar um meio efetivo para promover e desenvolver habilidades cognitivas de ordem superior.

As características da hipermídia permitem a elaboração de propostas educacionais compatíveis com o conceito de aprendizagem significativa e com os princípios de ensino e aprendizagem derivados da teoria de Ausubel (1976) e das pesquisas em Educação em Ciências, incluindo abordagens considerando as relações entre Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente; a História e a Filosofia da Ciência; a Física como Cultura; e a importância dos problemas. O hipertexto possibilita projetar uma rede conceitual na qual os links podem favorecer ao máximo conexões não-arbitrárias e significativas para os estudantes, visando a aprendizagem significativa. Imagens, animações e filmes podem ser utilizados para tornar os temas de estudo mais próximos dos estudantes e favorecer a ancoragem de conceitos na estrutura cognitiva. É possível a inclusão de links para a introdução de materiais que propiciem uma ligação entre os conhecimentos prévios que o estudante possui e as novas idéias que serão expostas, possibilitando o acesso a organizadores prévios sempre que necessário. Podem ser criadas trilhas -seqüências de telas - em que os conceitos são apresentados do maior grau de generalidade e inclusividade para os mais específicos, conforme o princípio de diferenciação progressiva. Links específicos podem ser estabelecidos para indicar as semelhanças e diferenças entre conceitos, quando conveniente, de modo a promover a reconciliação integrativa. A flexibilidade dos links permite ao estudante retomar assuntos prévios relacionados ao item atual em estudo quando desejar. Os links no hipertexto podem ainda ser estabelecidos para possibilitar o acesso a idéias complementares, segundo o interesse despertado nos estudantes, estimulando a aprendizagem incidental. A exploração adequada de um sistema hipermídia elaborado com finalidades educacionais envolve a orientação propiciada por um professor que conhece em profundidade os conceitos contidos nos hiperdocumentos e as relações existentes entre os mesmos, podendo sugerir trilhas segundo uma seqüência fundamentada em princípios de aprendizagem, incentivar a livre exploração de associações possíveis mediante os links disponíveis, problematizar e promover debates dos pontos relevantes. Para favorecer este processo, a estrutura hipertextual deve ser organizada de forma planejada, considerando cuidadosamente as propriedades destes sistemas e as questões pedagógicas necessárias.

A escolha dos conceitos a serem abordados mediante a utilização do software foi realizada tendo enquanto referência a l ista consensual com 18 tópicos de FMC para o Ensino Médio elaborada por Ostermann e Moreira (2000), a partir de um estudo Delphi que envolveu a opinião de físicos, pesquisadores em ensino de Física e professores de Física do Ensino Médio. Visando contribuir para a compreensão quanto à natureza da Ciência e a visão da Física enquanto cultura, também foram acrescentados tópicos considerando-se as inter-relações entre Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente; a História e a Filosofia da Ciência; e algumas relações da Física com a Arte e o Esoterismo. Em diversos textos serão apresentados questões e problemas para incentivar a reflexão dos estudantes e a aplicação dos conhecimentos estudados. Conceitos de Física Clássica importantes para a compreensão de conceitos de FMC poderão ser acessados nos tópicos em que sejam necessários mediante a ativação de links especialmente estabelecidos. Estes textos funcionarão na condição de organizadores prévios que poderão ser utilizados conforme a necessidade do estudante.

Para o desenvolvimento dos conceitos principais de FMC incluídos no software hipermídia poderá ser utilizada uma seqüência didática incluindo as seguintes atividades: 1. Problematização inicial em que o professor orientador incentiva os participantes a exporem suas idéias relativas à situação-problema proposta, realizando-se uma discussão em pequenos grupos e, em seguida, com a turma toda; 2. Indicação pelo professor-orientador de uma trilha pelo software, ou seja, uma série de telas com diferentes tópicos inter-relacionados, contendo informações teóricas e exercícios sobre um conceito de FMC, explorados por duplas de participantes. Os participantes serão estimulados a acessar links que lhes despertem interesse particular, a fim de favorecer a ocorrência de aprendizagem

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incidental; 3. Discussão das idéias acessadas entre os componentes de cada dupla, com participação do professor orientador; 4. Exposição dos conceitos explorados, realizada pelas duplas de participantes, e discussão com a turma, com participação do professor orientador; 5. Indicação de novas trilhas para favorecer a compreensão e realização de novas discussões, em duplas e com a turma, quando necessário; 6. Entrega de resumo das principais idéias estudadas e esquema com as relações estabelecidas entre as diversas idéias, elaborados durante todo o período de estudo do conceito; 7. Avaliação dos estudantes e discussão dos resultados; 8. Apresentação de nova situação-problema, reiniciando a seqüência didática.

A fim de ilustrar os critérios utilizados para o desenvolvimento do projeto do software, expõese, a seguir, um exemplo de seqüência didática estruturada em cinco módulos, incluindo os objetivos educacionais associados a alguns textos e a justificativa para sua escolha e ordenação:

Módulo 01 - Problematização: Solicitar aos estudantes que mencionem aparelhos surgidos recentemente e procurem identificar qual a tecnologia a estes associada, seus impactos sociais e possível relação com a Física.

Trilha: 01. Transição da Física Clássica à Física Moderna ? 02. Teorias da Grande Unificação.

Texto 01: O objetivo é caracterizar o fato de que os conceitos da Física evoluem, estabelecer a distinção entre Física Clássica e Física Moderna e apresentar, de modo geral e qualitativo, os principais conceitos da FMC. Constitui um organizador prévio, visando propiciar uma ligação entre os conhecimentos que o estudante possui e as novas idéias que serão apresentadas. Apresenta links com textos sobre diversos conceitos de Física Clássica e os textos Desenvolvimento Histórico da Teoria da Relatividade, Desenvolvimento Histórico da Mecânica Quântica, Revoluções Científicas, Determinismo e Indeterminismo, e Caráter Absoluto ou Relativo do Espaço e do Tempo.

Módulo 02 - Problematização: Solicitar aos estudantes que exponham seu entendimento sobre o modo pelo qual a evolução do conhecimento ocorre, se mediante acumulação contínua ou por um processo que apresenta rupturas e descontinuidades, se envolvendo grandes mudanças nas concepções dos cientistas ou apenas acréscimos a sua visão geral.

Trilha: 03. Desenvolvimento Histórico da Teoria da Relatividade ? 04. Desenvolvimento Histórico da Mecânica Quântica ? 05. Revoluções Científicas.

Textos 03 e 04: O objetivo é fornecer visão histórica sobre o surgimento e desenvolvimento da Teoria da Relatividade e da Mecânica Quântica, evidenciando o caráter provisório e descontínuo do conhecimento científico. Os textos permitem dar continuidade ao processo de apresentação geral da FMC, possibilitando ao estudante se familiarizar com os conceitos, fenômenos, personalidades e contexto histórico relacionados, com um pouco mais de detalhamento. Isto é coerente com a técnica de utilização de organizadores prévios e o princípio da diferenciação progressiva. O uso de textos históricos pode contribuir para evidenciar a Ciência enquanto construção que sofre modificações com o tempo. Os textos permitem estabelecer links com uma série de conceitos, fatos e personalidades neles mencionados.

Módulo 3 - Problematização: Solicitar aos estudantes que comentem e tentem explicar a ocorrência de dessincronização de relógios devido ao movimento relativo.

Trilha: 06. Postulados da Teoria da Relatividade Restrita ? 07. Dilatação do Tempo ? 08. Dessincronização de Relógios ? 09. Decaimento de Múons ? 10. Caso dos Gêmeos ? 11. Contração do Espaço ? 12. Momento Linear Relativístico.

Texto 06: O objetivo é expor os dois postulados fundamentais da teoria da relatividade restrita. A apresentação dos postulados da teoria permite iniciar a abordagem a partir das idéias mais gerais, para então se fazer a análise das conseqüências específicas deduzidas das premissas. Apresenta links com os textos Referencial, Experimento de Michelson-Morley, Dilatação do Tempo, Contração do Tempo, Ondas Superluminais, e Einstein.

Texto 07: O objetivo é analisar o fenômeno de dilatação do tempo. Pelos princípios da organização seqüencial e da derivação progressiva, é adequado apresentar o conceito mais específico de dilatação do tempo após os postulados da relatividade dos quais é deduzido. A reconciliação integrativa será considerada ao se comparar este fenômeno relativístico com o resultado esperado pela mecânica clássica. Apresenta links com os textos Tempo, Postulados da Teoria da Relatividade Restrita, Dessincronização de Relógios devido ao Movimento, Decaimento de Múons, Caso dos Gêmeos, Contração do Espaço, Caráter Absoluto ou Relativo do Espaço e do Tempo, e Artes Plásticas.

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Texto 09: O objetivo é analisar o experimento envolvendo múons, comparando seu tempo de vida quando em repouso ou em movimento em relação ao referencial do laboratório. A análise do tempo de vida de múons situa-se em nível mais específico da hierarquia conceitual, pois ilustra a dilatação do tempo, sendo mais bem avaliado após a abordagem geral deste conceito, com base no princípio da derivação progressiva. Também contribui para tornar a dilatação do tempo algo mais plausível para os estudantes. Apresenta links com os textos Dilatação do Tempo, Dessincronização de Relógios, Caso dos Gêmeos, e A Descoberta do Méson p.

Módulo 4 - Problematização: Solicitar aos estudantes que comentem sobre o funcionamento dos reatores nucleares.

Trilha: 13. Energia Relativística ? 14. Relação entre Energia e Momento Relativístico ? 15. Fissão Nuclear ? 16. Fusão Nuclear ? 17. Radioatividade ? 18. Reatores Nucleares ? 19. Acidentes Nucleares.

Texto 18: O objetivo é possibilitar o conhecimento dos principais processos envolvidos no funcionamento dos reatores nucleares, a conscientização quanto às dificuldades relacionadas ao lixo nuclear por elas produzido e a noção sobre as implicações da geração de matéria-prima para armas nucleares a partir de sua operação. A abordagem que enfoca as relações entre Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente, contribuindo para evidenciar as aplicações práticas dos conhecimentos científicos e suas conseqüências sobre a vida das pessoas, permitindo também a análise de questões econômicas, políticas e ambientais. O estudo dos reatores nucleares demanda a compreensão dos fenômenos de fissão e fusão nuclear, exemplificando também a relação entre massa e energia. Por isso, este tema foi introduzido neste ponto, obedecendo à organização seqüencial e à derivação progressiva. Apresenta links com os textos Fissão Nuclear, Fusão Nuclear, Radioatividade, Acidentes Nucleares, e Armas Nucleares.

Módulo 5 -Problematização: Considerando o lançamento da bomba atômica sobre Hiroshima e Nagasaki, solicitar aos estudantes que comentem sobre a responsabilidade dos cientistas diante das descobertas que realizam e suas implicações.

Trilha: 20. Albert Einstein ? 21. Projeto Manhattan ? 22. Armas Nucleares ? 23. Ci ência e Ética.

Texto 23: O objetivo é apresentar conceitos de Ética e a importância de considerá-la no desenvolvimento da pesquisa científica e nas aplicações resultantes desta atividade. O estudo da Ética e de suas relações com a Ciência é importante para o desenvolvimento humano dos estudantes, podendo contribuir para as metas educativas de formar cidadãos críticos e conscientes das questões éticas que permeiam as ações em sociedade. O debate proposto se insere naturalmente após se levantar a questão das armas nucleares, segundo os princípios da organização seqüencial e da derivação progressiva. O texto apresenta links com os textos Armas Nucleares, Projeto Manhattan, Albert Einstein, e Oppenheimer.

A proposta de software educacional e a seqüência didática exemplificada foram elaboradas tendo em vista a pesquisa quanto à construção de conceitos com apoio da hipermídia Atualmente . (agosto de 2004), o software encontra-se em fase de desenvolvimento e, em uma próxima etapa da pesquisa, será utilizado em uma atividade de ensino visando estudar o processo de construção de conceitos de FMC e sobre Ciência.

## REFERÊNCIAS

AUSUBEL, D. P. Psicología educativa; un punto de vista cognoscitivo. México: Editorial Trillas, 1976. 768 p.

BABBITT, B. C. & USNICK, V. Hypermedia: a vehicle for connections. Arithmetic teacher , [S.l.], April, 1993. p. 430-432.

OSTERMANN, F. & MOREIRA, M. A. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa 'física moderna e contemporânea no ensino médio'. Investigações em Ensino de Ciências, Porto Alegre, vol. 5, n. 1, março 2000. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/vol5/ n1/v5\_n1\_a2.htm>. Acesso em: 10 jan. 2003.

PAOLUCCI, R. The effects of cognitive style and knowledge structure on performance using a hypermedia learning system. Journal of Educational Multimedia and Hypermedia, [S.l.], vol. 7, n.23, p. 123-50, 1998.