Validação de um Objeto de Aprendizagem no Contexto do Ensino Básico de Física - A Força de Atrito

## Validação de um Objeto de Aprendizagem no contexto do Ensino Básico de Física A Força de Atrito

Cleber Silva de Menezes Mestrando em Ensino de Física CEFET/RJ clebersm@infolink.com.br

## Resumo

Este trabalho propõe apresentar o relato do processo de validação de um objeto de aprendizagem destinado ao ensino básico de física e intitulado A Força de Atrito, com o objetivo de justificar, no contexto do Design Instrucional, a importância do desenvolvimento de softwares que contemplem uma abordagem de prototipagem continuadamente evolutiva, visando adequá-los a uma proposta de aprendizado significativo.

## I - Introdução

O uso das Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) no contexto educacional vem ocupando dia-a-dia um espaço cada vez mais amplo nas salas de aulas e mesmo fora dos limites físicos da escola como uma ferramenta de apoio na realização de tarefas educacionais e na amplificação do processo de cognição.

No ensino de física são vários os fatores que diferenciam e justificam o uso das TIC no desenvolvimento de ambientes hipermídia: i)Amplia as possibilidades didático-pedagógicas, distribuindo e gerenciando pacotes de informações multimídia de forma interativa e em larga escala; ii)Integra a escola aos centros de pesquisas e de divulgação científica; iii)Facilita a construção de modelos mentais com a utilização da hipermídia e simuladores virtuais (Santos, 2000) ; iv)Oferece recursos de pesquisa mais ágeis, com mais riqueza de inform

v)Possibilita a criação de laboratórios virtuais que simulam situações que na prática envolveriam equipamentos de altos custos e/ou riscos para as escolas; vi)Libera o professor e o aprendiz das limitações da carga horária reduzida na modalidade presencial; vii)Os materiais didáticos podem ser abordados de maneira mais abrangentes e com o uso de diversos recursos multimídia, interligados

## II-Problemática

Apesar das vantagens e avanços que as TIC têm trazido para observa-se nos últimos anos a ampliação d o número de softwares rotulados de educativos, mas que na maioria das vezes não respeitam as especificidades de um ambiente educacional. São softwares que passam a falsa idéia de ambientes de construção de conhecimentos, porém totalmente descontextualizados do ambiente escolar e sem nenhuma fundamentação pedagógica.

Segundo Rocha e Campos (1993) os principais fatores que contribuem para que um software educacional não atenda aos requisitos de um produto educacional relevante são: i)Não preparo de recursos humanos na área da informática educacional; ii)A pressão mercadológica dos fabricantes de softwares; iii)A produção descentralizada de programas para ensino; iv)A quantidade de horas

ias para desenvolvimento e implementação; v)A dificuldade de montagem de uma equipe multidisciplinar que desenvolva trabalhos cooperativos.

Nesse sentido, a preocupação dos educadores com a qualidade dos softwares educativos abriu caminho desde o final do século XX, para o paradigma da qualidade de ambientes educacionais virtuais, que culminou com a criação de uma nova área de pesquisa educacional denominada Design Instrucional ( Filatro, 2004 ), que em termos simplificado, refere-se ao planejamento do processo de aprendizagem e a seleção de técnicas e atividades que otimizem o desenvolvimento de softwares numa proposta de aprendizagem que contemple uma abordagem pedagogicamente orientada na comunicação (interface) entre aprendiz e máquina.

## III- Considerações sobre o ciclo desenvolvimento de um software Educativo

Segundo Campos (1996) , no contexto do Design Instrucional, para que um software educacional seja considerado significativo deve-se considerar em seu ciclo de desenvolvimento uma seqüência de conteúdos hipermídia que estejam sustentados por uma teoria de aprendizagem. Além disso, espera-se que a arquitetura de programação do software contemple um modelo de ciclo de vida baseado na prototipagem evolutiva, caracterizada pela funcionalidade em incorporar novos conteúdos instrucionais e de programação orientada a objetos ou de alterar os já existentes na hipermídia. Essa necessidade surge em função de testes de validações continuadas, que geram recursividades no ciclo de desenvolvimento do software, exigindo alterações constantes nos hiperdocumentos, navegação ou mesmo nos códigos de programação, de forma a garantir que a teia de seqüências de eventos de aprendizagem atinja os propósitos do ambiente de aprendizagem.

Nesse sentido, com o objetivo de ratificar a importância desse tipo de arquitetura, é apresentado na próxima seção o relatado do processo de validação de um Objeto de Aprendizagem ( LO ) 1 criado para dar suporte às aulas de física do ensino básico e intitulado de Atrito .

## IV - Validação de um Objeto de Aprendizagem Hipermídia para o Ensino Básico de Física IV.1- Identificação do Objeto de Aprendizagem

Este LO foi desenvolvido no curso de Mestrado Profissional em Ensino de Ciências do CEFET/RJ no segundo trimestre de 2004, apresentado na mostra de Objetos e Recursos de Aprendizagem, organizado pela Associação Brasileira de Educação a Distância (ABED) 2 , em julho/2004, e disponível no sítio http://www.cefet-rj.br/ensino/trabapresent/forca\_atrito.htm.

A justificativa para a escolha desse tema surge a partir da lacuna deixada por uma parcela significativa de livros didáticos de ensino básico que, como analisado por Caldas e Saltiel (1999) , não têm contribuído para a quebra da concepção espontânea de que a força de atrito sempre se opõe ao movimento e que, portanto não pode jamais assumir o papel de força motora em qualquer tipo movimento.

Nesse sentido, seguindo uma abordagem cognitivista, baseada na teoria de Ausubel aplicada ao Ensino de Física (Moreira, 1983) , este LO busca através da vivência e da quebra de concepções espontâneas do aprendiz: i) Identificar no cotidiano situações onde comparecem o fenômeno do atrito sólido seco; ii) Promover um aprendizado do conceito de força de atrito; iii) Entender as características do atrito estático e cinemático; iv) Identificar algumas situações onde a força de atrito atua como agente resistente e em outras como agente motor do movimento; v) Aplicar a formulação matemática na descrição e solução de problemas envolvendo força de atrito; vi) Investigar situações onde a força de atrito atua como o agente responsável pela força centrípeta.

O conteúdo do LO é dividido em duas etapas: na primeira é apresentada uma seqüência de

conteúdos partindo de situações do cotidiano, onde se busca inicialmente explorar as concepções espontâneas do aprendiz acerca do fenômeno atrito e da força de atrito. Em seguida são investigadas as grandezas físicas relevantes no fenômeno de atrito, com o objetivo de se criar um modelo para a -se essa formulação na simulação virtual de movimento de um automóvel em um trajeto curvilíneo, com o objetivo de obter a expressão que determina a

velocidade máxima para o automóvel descrever o trajeto com segurança, estando a força de atrito desempenhando o papel de agente da força centrípeta.

Quanto a escolha do ambiente mais adequado para o LO, levou-se em consideração fatores como reusabilidade e facilidade de acesso e divulgação, sendo escolhido uma seqüência de conteúdos na forma de tutorial juntamente com um simulador virtual desenvolvido em Flash MX, disponibilizados em html e armazenado em um servidor LINUX do CEFET/RJ. Buscou-se a simplicidade de apresentação tanto nos hipertextos como no simulador, dando ênfase a uma arquitetura de navegação de apenas um nível, com o objetivo de evitar que o usuário se perca em uma teia complexa de nós (links).

Como pré-requisitos, recomenda-se que o aprendiz tenha noções gerais de aplicações das leis de Newton, das componentes radiais e tangenciais da aceleração de um corpo e identifique as características das modalidades de forças peso e normal. Além disso,

básicas de editor de texto e navegação na web. Como recurso tecnológico o usuário deve ter um

computador com o plug-in Flash Player instalado e acesso a rede internet.

IV.2- Processo de Validação

Após as revisões preliminares, o LO foi submetido, na primeira quinzena de 2004, a uma

turma-piloto da 1ª série de uma unidade d e ensino médio da rede pública e stadual do Rio de Janeiro,

localizada no município de Nova Iguaçu, onde existe instalado, pelo programa

PROINFO/SEED

,

um laboratório de informática com dez computadores em rede e com conexão a internet. A escolha

-alvo

é

justificada

pela

heterogeneidade

da

clientela

escolar,

oriunda

de

vários

bairros

da

baixada

fluminense,

e

pela

facilidade

de

se

acompanhar por

observações

direta

e

comentários livres todo o processo de interação aprendiz-produto.

O

processo de observação tem início verificando se a turma atende aos pré-requisitos de

conteúdos e habilidade de navegação na web. No que diz respeito aos conteúdos foi constatado que

75% da turma não haviam assimilado significativamente os conceitos sobre as leis de Newton,

resumindo-se apenas a resolver problemas de aplicação direta de 'fórmulas'. Com relação a

habilidade de navegação na Web a turma

mostrou-se devidamente preparada, apesar de ser esta a

primeira vez que eles entram no laboratório de informática da escola. Além disso, cabe mencionar

que 77% dos alunos nunca haviam participado de atividades pedagógicas mediada por computador.

Após apresentar os objetivos do módulo de estudo e as atividades a serem realizadas, a turma

dispôs de três horas e vinte minutos, distribuídos em duas aulas (uma por semana) para realizar as

atividades propostas pelo LO. Na primeira aula a turma foi orientada a se dividir em grupos de três

aprendizes por computador. O primeiro contato com o produto foi considerado um momento de

descontração já que eles insistiam em usar o simulador como um jogo de diversão. Após alguns

minutos

de

reconhecimento

o

professor-tutor

interveio

no

sentido

dos

aprendizes

iniciarem

o

processo de leitura, reflexão e debate acerca dos tópicos abordados. A todo o momento comentavam

sobre

como

o

fenômeno

de

atrito

é

comum

no

cotidiano,

apresentando

outros

exemplos

ia deles: a manutenção dos rolamentos do skate, o desgaste da sola do tênis e a

necessidade de lubrificar superfícies sólidas que estão em contato, com o objetivo de minimizar o

desgaste.

Ficaram

impressionados

em saber

que

até

nas

articulações

dos

ossos

constata-se o

fenômeno de atrito. Um aprendiz sugeriu que se levasse para a aula de biologia a questão das

doenças

que

surgem

nas

articulações

dos

ossos.

Após

analisarem

o

fato

de

que

em alguns

movimentos a força de atrito atua como agente motor do movimento eles discutiram, com a ajuda

do professor-tutor, a vantagem da tração nas quatro rodas em carros que viajam em terrenos

acidentados. No tópico relativo à investigação do atrito a turma demonstrou interesse por fatos

u o processo de descoberta das leis que regem o fenômeno

de atrito

e

o que motivou Leonardo da Vinci a estudar esse fenômeno. Na primeira etapa da

descrição

da

investigação

do

fenômeno

de

atrito

alguns

aprendizes

mostraram

possuírem

a

ação à força peso está na superfície de apoio de um corpo e não no planeta

terra, ao questionarem o porque ser a intensidade da força normal a responsável pelo incremento da

intensidade da força de atrito. A transposição do modelo qualitativo, baseado nas

fenômeno de atrito, para o modelo matemático, que determina as intensidades das forças de atrito

, principalmente devido a introdução dos coeficientes de proporcionalidades de atrito estático e cinemático. Com relação às atividades relacionadas ao simulador, desenvolvidas na segunda aula, apenas 53% da turma conseguiu obter com êxito obter a expressão que determina a velocidade máxima com que o automóvel deve descrever o trajeto curvilíneo com segurança. Atribuo esse baixo índice de aproveitamento no uso do simulador ao aprendizado mecânico das aplicações das leis de Newton a movimentos curvos e a falta de habilidade em articular expressões matemáticas.

Quanto à avaliação geral do LO por parte da turma, apesar das dificuldades encontradas, julgaram o material muito rico, motivador e oferecendo um excelente grau de interatividade e capacidade de resposta. Finalizaram, desejando que professores de outras disciplinas adotem a informática educativa como recurso no processo ensino-aprendizagem.

V- Conclusão

A validação com restrições imposta ao LO em questão mostrou que por mais que se leve em

consideração

materiais

instrucionais

de

qualidade,

ou

seja,

sustentados

por

uma

teoria

de

aprendizagem, sempre surgirão no processo de validação pontos passivos de revisão que exigirão

modificações no sentido de contribuir para a construção de modelos mentais significativos para o

aprendiz. Daí a importância e a vantagem da arquitetura de softwares com suporte para ciclo de

vida de prototipagem evolutiva que garantem certo grau de flexibilidade para modificar o conteúdo

instrucional de forma a adequar gradativamente o LO às necessidades cognitivas do aprendiz.

Outro fato observado nesse processo de validação é a de que a interação aprendiz-máquina,

por si só, não representa nenhuma garantia de aprendizado significativo. É necessário

de educadores não só no ciclo de desenvolvimento do software como também em sua utili

sala de aula. A utilização de um software que se limita a colocar o aprendiz frente a uma simulação

sem a adequada interação do docente e seu controle sobre certas variáveis didático-pedagógica pode

conduzir o aprendiz a um aprendizado mecânico ou o que é pior: a construção de um modelo errado

acerca de um fenômeno físico.

Finalmente,

constatou-se

que

as

concepções

espontâneas

do

aprendiz

frente

aos

conhecimentos prévios,

recomendados pelo software,

representam

um fator

que

pode contribuir

decisivamente para o seu fracasso caso essas concepções estejam vinculadas a modelos distanciados

das predições da ciência. Assim, se é desejado que novas idéias sejam incorporadas à estrutura

cognitiva

do

aprendiz de forma não-arbitrária e

em acordo com os modelos vigentes, deve-se

contemplar na elaboração dos materiais instrucionais elementos que estejam a todo o momento

desequilibrando a estrutura cognitiva de maneira a quebrar essas concepções.

Nas palavras de Ausubel (

1960, p.272, tradução

):

'... o fator isolado mais importante influenciando a aprendizagem é aquilo que o aluno

-o de acordo.'

Notas

[1]- Segundo

Beck (2001, p.1, apud David A. Wiley)

, objetos de aprendizagem podem ser conceituados como sendo

qualquer recurso digital que possa ser reutilizado em diferentes ambientes de aprendizagem para o suporte ao ensino.

[2]- Prêmio ABED/Universia - http://www.universiabrasil.net/premioabeduniversia/index.jsp Acesso em 12/09/2004.

VI- Referências

1-AUSUBEL, D. P., '

The Use of advance Organizers in the Learning and Retention of Meaningful

Verbal Material

', Journal of Educatinal Psychology, 51(5): 267-272 (1960).

2-BECK, R. J., '

Learning Objects: What?

', University Winsconsin, Milwaukee (2001).

2-CALDAS, H. & SALTIEL, E., '

Fis. 21, 359 (1999).

3-CAMPOS, F. & CAMPOS, G. H. B., '

Dez Etapas para o Desenvolvimento de Software

Educacional do Tipo Hipermídia

',

Anais do III Congresso Ibero-Americano de Informática na

Educação RIBIE. Barranquilla, Colombia (1996). Também disponível em:

4-CAMPOS, G.H.B., '

Metodologia para Avaliação da Qualidade de Software Educacional-

Diretrizes para Desenvolvedores e Usuários

',

Tese (Doutorado em Engenharia de Produção),

Coordenação dos Programas de Pós-Graduação em Engenharia, UFRJ (1994).

5-FILATRO, A., '

Design Instrucional Contextualizado

', Ed. SENAC/SP, 1ª edição (2004).

http://www.niee.ufrgs.br/ribie98/CONG\_1996/CONGRESSO\_HTML/19/ETAPAS.HTML

.Acesso

em 12/09/2004.

6-MOREIRA, M. A., '

(1983).

7-ROCHA, A.R.C. & CAMPOS, G.H.B., '

Avaliação da Qualidade de Software Educacional

Sentido das Forças de atrito e Movimento

I

', Rev. Bras. Ens.

Uma Abordagem Cognitivista ao Ensino da Física