APPLETS COMO RECURSO PEDAGÓGICO NO ENSINO DE FÍSICA. APLICAÇÃO EM CINEMÁTICA

## APPLETS S COMO RECURSO PEDAGÓGICO NO ENSINO DE FÍSÍSICA. APLICAÇÃO EM CINEMÁTICA

## Rosemara Lopes1 s1 , Eloi Feitosa 2

1 Faculdade de Ciências e Tecnologia/UNESP/Campus de Presidente Prudente/Programa de Pós Graduação em Educação, rosemara@ibilce.unesp.br 2 Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas/UNESP/Campus de São José do Rio Preto/Departamento de Física, eloi@ibilce.unesp.br

## RESUMO

Neste trabalho apresentamos applets de Movimento Retilíneo e Uniformemente Variado (MRUV), com o objetivo de mostrar que é é possível concretizar a idéia de construção de conhecimento pelo aluno. Nessa perspectiva, buscamos motivar práticas pedagógicas inovadoras no ensino de Física, ampliando a discussão a respeito das opções metodológicas disponíveis aos professores dessa área, nos dias atuais. Os applets de MRUV são uma pequena amostra do acervo mais abrangente que temos disponibilizado em ambiente virtual. Refletem um trabalho interdisciplinar realizado em âmbito universitário e da Educação Básica, orientado ao fortalecimento to da formação e prática docente, centrado na maximização das possibilidades de aprendizagem dos alunos da "geração digital". Assim, propomos o uso de experimentos virtuais no ensino de Física, ciência experimental que não se aprende somente "de ouvido". A Física, algumas vezes concebida como difícil e sem utilidade prática pelos alunos, poderá adquirir novos significados pelo uso de applets: recurso tecnológico que possibilita simular virtualmente, por meio de modelos matemáticos, fenômenos reais realizáveis is em laboratórios didáticos ou práticas experimentais impossíveis de serem realizadas nesses laboratórios, como, por exemplo, colocar um objeto na órbita de planetas ou verificar a dilatação do tempo, conforme previsto pela Teoria da Relatividade de Einstein. Nessa perspectiva, entendemos que a adesão do professor é condição sine qua non à implantação das tecnologias em ambiente de ensino. Consideramos que investimentos na formação docente podem reduzir a distância entre a educação escolar e as tecnologias, levando a escola a superar a pecha de escola do século XVIII vigente no século XXI.

Palavras -chave: ensino -aprendizagem de Física; applets ; simulações virtuais; experimentos virtuais; formação docente.

## Introdução

A busca por qualidade da educação passa a pela discussão sobre formação docente e práticas educativas. Em relação a esta última, mantém-s-se a crítica ao ensino do tipo tradicional - caracterizado por fatores como ênfase no produto e não no processo de aprendizagem, passividade do aluno, memorização e reprodução de conteúdos, centralidade num professor cuja função é a de transmitir conhecimentos, privilegiando-se a adoção de abordagens de cunho construtivista, que prevê a construção do conhecimento pelo aluno, concebendo o professor como mediador ou facilitador da aprendizagem (MIZUKAMI, 1986).

Apesar das possibilidades apontadas pela literatura educacional (PAPERT, 1994; TEDESCO, 1998), a realidade do ensino brasileiro está longe de ser satisfatória, conforme destacou o físico alemão Andréa Schleicher, em entrevista recente concedida à Revista Veja (WEINBERG, 2008). Tratamos aqui do ensino institucional. Do ponto de vista da universalização do acesso, a instituição responsável pelo ensino avançou, mas, no que tange ao aspecto qualitativo, temos uma escola do século XVIII em pleno século XXI (VALENTE, 1993), uma escola que

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26 a 30 de Janeiro de 2009

em muitos aspectos se assemelha à escola jesuítica, segundo Almeida (1999). Na escola dos dias atuais, velhas práticas ainda se mantêm. Nas salas de aula, a mesma distribuição espaciaial, os mesmos recursos didáticos, alunos desinteressados e entediados assistem às aulas como antes.

As novas propostas não se concretizam na educação escolar, causando nos educadores um misto de frustração, insegurança e apatia. Quem é o professor que está na escola hoje? Que papel lhe cabe desempenhar? Como vê o aluno e como lida com ele? A literatura educacional aponta caminhos, sugerindo o professor pesquisador (ANDRÉ, 2001), o professor reflexivo (SCHÖN, 1992), o professor crítico -reflexivo (PIMENTA; GHEDIN, 2002), o professor intelectual reflexivo (GIROUX, 1990).

O perfil e o papel do professor vão mudando num cenário educacional em que novas realidades vão surgindo, conforme mostra Barreto (2006) em seu estudo relativo ao Estado do Conhecimento em Educação e Tecnologia no Brasil. Referimo-onos às tecnologias: educação à distância, e-learning, Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC). Segundo Barreto, o movimento de configuração de novos ambientes de aprendizagem aponta para mudanças paradigmáticas , a saber: ressignificação do trabalho docente e desterritorizalização da escola. Novos ambientes de aprendizagem, novos recursos, um novo perfil de aluno: que implicações esses novos elementos acarretam ao processo de ensino-aprendizagem escolar?

Esta é uma questão a ser respondida pelo professor isoladamente ou no coletivo de sua comunidade escolar. Neste trabalho, buscaremos mostrar que há recursos para se inovar no ensino, adequando o trabalho de sala de aula às necessidades formativas dos alunos que hoje a freqüentam. Para tanto, exporemos alguns applets em sua constituição e funcionalidade, com o objetivo de contribuir para a adoção de práticas pedagógicas inovadoras no ensino de Física, assim como de ampliar a discussão a respeito das opções metodológicas disponíveis aos professores dessa área. Os applets s apresentados neste trabalho são uma pequena amostra de um acervo mais abrangente constituído por meio de criteriosas pesquisas on-line realizadas desde o ano de 2007 pelo Grupo "FísicAnimada" e disponibilizado em ambiente virtual. Refletem um trabalho interdisciplinar realizado em âmbito universitário e escolar (Educação Básica), orientado ao fortalecimento da formação e prática docente, centrado na maximização das possibilidades de aprendizagem.

## Ensinino -aprendizagem de Física

Nossa proposta está voltada ao uso de experimentos virtuais simulados por computador no ensino de Física, ciência experimental que não se aprende somente "de ouvido", pressupondo, juntamente com Santos, Alves e Moret (2006), que aulas expositivas amparadas no uso de lousa e giz apenas parecem não satisfazer mais aos alunos da "geração digital" (nomenclatura utilizada por BARRETO, 2002).

Partimos da premissa de que a aprendizagem de física não pode se restringir à memorização de um "amontoado de fórmulas" (MEDEIROS & MEDEIROS, 2002). O professor de Física deve criar situações de aprendizagem situando a física no cotidiano do aluno (PCNEM, 2000). Essas situações poderiam ser criadas também pelo computador, utilizando CD-ROM, softwares educativos de simulações virtuais ou animações de fenômenos físicos, hipertextos, entre outros.

Inovar na sala de aula é possível com metodologias e recursos alternativos. Há varias maneiras de se abordar um conteúdo como o de física. Veiga (2006)

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apresenta algumas. De acordo com a autora (p. 8), "não são as técnicas que definem o ideal educativo, mas o contrário. Assim, é possível usar o computador, o videocassete, o retroprojetor como recursos didáticos que enriquecem o emprego de técnicas sem ser tecnicicista".

Com linguagem e conceitos próprios, a Física desafia professores e alunos do Ensino Médio. Sabemos que a sua aprendizagem solicita do aluno um raciocínio do tipo lógico-f-formal ou dedutivo, mas que, apesar disso, é possível (e desejável) ao 1 aluno apaprender de modo significativo (AUSUBEL, 1980)1 )1 . Aparentemente, esta é também a postura assumida pela Secretaria do Estado de São Paulo, ao incluir situações de aprendizagem para o ensino dos conteúdos escolares relativos a Ciências da Natureza e suas Tecnologias/Física nos Cadernos do Professor distribuídos em decorrência da Proposta Curricular 2008 2 . A este respeito, observamos que os referidos cadernos não incluem experimentos virtuais como opção ou complemento. Nosso grupo vem trabalhando nessa inclusão.

## Simulações e animações virtuais: os applets

Em trabalho anterior (LOPES et al., 2008), discutimos a emergência de uma educação que leve em conta a crescente familiaridade de crianças e jovens com as tecnologias (BELLONI, 1999). No que diz respeito às sim ulações ou modelagens computacionais, Figueira (2005, p. 615) considera:

Dentre os diversos usos do computador como recurso didático, a simulação ou modelagem é uma atividade que permite uma maior interatividade dos alunos com um determinado modelo físico. No ensino de Física tem, dentre outros, o objetivo de ilustrar e questionar o aluno sobre conceitos e modelos físicos. Assim, a modelagem computacional constitui um recurso didático no ensino de Física de atualização e enriquecimento das atividades de ensino.

Simulações virtuais contêm animações, sendo estas o foco deste trabalho. Elas atraem pelo movimento, cor, forma e encadeamento de imagens representativas (modelos) de fenômenos físicos. Estão disponíveis gratuitamente na Internet e, ressalvadas as suas limitações, oferecem ao usuário a possibilidade de ver aquilo que antes imaginava mentalmente a partir de uma aula teórico-expositiva em que os recursos empregados eram voz e figuras estáticas desenhadas em tempo real pelo professor na lousa, além do auxílio dos livros didáticos.

Na Internet, o professor encontra esse material pronto. Se preferir, poderá construir novos ou ainda orientar um grupo de alunos a construir os seus próprios, a partir da fixação de parâmetros e objetivos. A construção de animações pelo próprio aluno dará a ele a oportunidade de testar conhecimentos construídos e/ou aprendidos.

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De um modo geral, o uso de applets requer a instalação de programas de 3 domínio público como Java , Shockwave e ou Flash , facilmente encontrados na web 3 . Figueira (2005) esclarece que applets são programas executados dentro de uma página html, l, cuja utilização pode ser simplificada pelo E Easy Java Simulations4 s4 .

- O ensino e a aprendizagem de Física podem ser ressignificados pela utilização de recursos tecnológic os como os indicados neste trabalho. Mas a presença maciça dos mesmos na Internet não garante, por si só, a sua utilização no ensino de Física, do mesmo modo que a presença do computador na escola não garante a melhoria da qualidade do ensino. É preciso que professores e alunos conheçam e utilizem os recursos tecnológicos que têm chegado às instituições escolares, ressaltando que "além de assegurar o acesso de todos os jovens a escolas bem equipadas, é preciso saber ensinar com as tecnologias" (BELLONI, 1999, p. 36) .
- O ambiente virtual amplia as dimensões de espaço e de tempo da sala de aula. Nesse sentido, simulações e animações por computador são uma alternativa atraente de apoio ao ensino presencial de Física em todos os níveis. Utilizando bem tais recursos, o professor poderá tornar suas aulas mais dinâmicas, facilitando e motivando a aprendizagem dos alunos.

A Física, concebida muitas vezes como difícil e sem utilidade prática aos alunos, poderá se beneficiar do uso de ambientes virtuais de aprendizagem , enquanto meios que possibilitam simular fenômenos reais realizáveis ou não em laboratórios de ensino de física. Cabe ao professor destacar aos alunos as limitações de cada "experimento" virtual, e enfatizar que as animações são criações feitas a partir de de modelos matemáticos de fenômenos físicos. A qualidade dessas criações depende da habilidade e do interesse específico de seu criador (programador).

## Descrição de animações para estudo da cinemática e resultados

O conteúdo verificado nos tópicos a seguir é resultado de um esforço de pesquisa sobre applets e suas possibilidades para fins educativos, assim como da proposição e acompanhamento dos mesmos em situações de aprendizagem protagonizadas por usuários em idade escolar e por agentes educativos. A interação com professores e dirigentes da rede pública de ensino tem mostrado que o interesse pelo computador e pela Internet como ferramenta de ensino é crescente, apesar da precariedade de recursos materiais e humanos, num cenário em que a falta de conhecimento sobre as TIC pelo professor passa a ser um problema.

## Possibilidades de utilização de applets

Cada professor deve inserir o aplicativo em situações de aprendizagem adequadas à realidade e/ou necessidades formativas de cada turma. Um professor pode usar uma mesma animação de modos variados com turmas distintas. Para isso, são levados em conta elementos como: número de alunos, conteúdo de ensino, grau de dificuldade no uso do recurso, conhecimento prévio dos alunos a respeito do assunto tratado, entre outros.

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Uma opção é apresentar aos alunos as simulações em datashow w instalado em sala de aula ou numa sala de informática com computadores conectados à Internet, para que os alunos possam interagir diretamente com as simulações.

Alguns aplicativos têm mais recursos do que outros, desafiando mais o aluno. Este aspecto é positivo e deve ser levado em conta pelo professor, cabendolhe, sempre que possível, dar liberdade aos alunos para que explorem os experimentos virtuais propostos. Nesse sentido, em atenção à intencionalidade do ato educativo e à necessidade de clareza dos objetivos que o orientam, sugere-se ao professor a elaboração prévia de um roteiro para o uso das simulações, podendo, estas, ser utilizadas em ambientes intra e extra-escolares. Esse roteiro, , que pode ser semelhante aos roteiros das práticas de laboratório reais, quase em extinção no Ensino Médio atualmente, poderá conter um modelo de relatório, no qual o aluno registra suas impressões e sua interação com o objeto.

Neste trabalho, a título de ilustração, adotamos o tema "MRUV" para apresentar e comentar alguns applets. Alguns desafiam mais o aluno, outros, menos. Aparentemente simples, comportam aspectos do fenômeno estudado. Não sendo essencial, o aspecto visual contribui para atrair a atenção ão e o interesse do aluno. Ressaltamos que aplicativos como os apresentados neste trabalho não são experimentos reais, mas simulações criadas em ambiente virtual, para fins didáticos, com base em modelos matemáticos de um dado fenômeno físico.

## Applets para a aprendizagem de MRUV

MRUV é um assunto que certamente o professor abordará em sala de aula. Utilizando sites s de busca, digitando palavras como "applets" e "cinemática" ou "MRUV" ou "kinematics" e "applets", obtém-se considerável variedade de animações e simulações. Qual (ou quais) escolher para utilizar junto aos alunos?

Na animação representada pela Figura 1, entra-s-se com o valor inicial da aceleração positiva, negativa ou nula (default t do programa) de um carro com velocidade inicial constante de 12 unidades arbitrárias (km/h, por exemplo). Após iniciar o programa o carro realiza o movimento acelerado, desacelerado ou uniforme, conforme escolhido pelo usuário e mostra simultaneamente o gráfico da velocidade em função do tempo. A velocidade aumenta, diminui ou permanece constante com o decorrer do tempo. Esta animação permite ao aluno relacionar valores de velocidade e aceleração negativas com o sentido do movimento, algo que nem sempre é trivial para eles. Disponível em:

http://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/ClassMechanics/MotionDiagra m/MotionDiagram.html .

Figura 01:Animação de C Carro em MRUV, com Velocidade Inicial FiFixa, e Gráfico v-v-t. Relaciona Valores de Velocidade e Aceleração com o Sentido do Movimento

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A animação representada na Figura 2 mostra que a velocidade do carrinho acelerado atingida após cada unidade de tempo se transforma em uma barra (amarela) que é posicionada em um gráfico de velocidade versus tempo. Como o movimento do carrinho é uniformemente acelerado, o comprimento das barras aumenta linearmente com o tempo. Ao final do percurso o programa faz um ajuste linear das velocidades no topo de cada barra. Disponível em: http://www.wainet.ne.jp/~yuasa/flash/Vta.swf .

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Figura 02: Situação de MRUV de um carro e Respectivo Gráfico v-v-t

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A animação representada na Figura 3 permite ao aluno colocar em movimento, com aceleração constante, dois carrinhos com velocidades iniciais previamente selecionadas por ele. O programa fornece o tempo de movimento do carro e o aluno pode estimar a distância percorrida, em qualquer instante, por meio da escala graduada, podendo ainda ser estimulado a anotar valores de tempo e distância percorrida e verificar a aceleração do carrinho, a = Dv/D/Dt, t, e construir gráficos x-t t e v-t. Na figura, observa-se que o carrinho vermelho larga na frente. É possível escolher r velocidades diferentes para os carrinhos e observar se há ultrapassagem e em qual posição e instante ocorre. O movimento retilíneo e uniforme (MRU) é um caso especial do MRUV, quando a aceleração é constante e nula. No MRUV a aceleração é constante, mas didiferente de zero. Disponível em: http://ephysics.physics.ucla.edu/newkin/html/acceleration\_racing\_cars.htm .

Figura 03: Simulação de uma Corrida de Carros para a VeVerificação de MUV com Velocidade Constante

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A Figura 4 representa a simulação do lançamento de um martelo para o alto, na vertical, desprezando o atrito do ar. Trata-s-se de um exemplo típico de MRUV, cuja aceleração é a gravidade, g = 9,80 m/s 2 . Usa -s -se a cabeça do martelo como o ponto para medida de posição. Simultaneamente, a animação mostra o gráfico da posição da cabeça do martelo em função do tempo. Não se trata de um gráfico de trajetória, pois o movimento é unidimensional, mas sim de um gráfico que descreve a posição do martelo na vertical em cada instante. Esta animação permite responder às questões: (a) qual o ponto mais alto atingido pelo martelo? (b) qual a posição e velocidade iniciais do martelo? (c) em que instante o martelo alcança a altura máxima? (d) se você dobrar a velocidade inicial, qual a altura máxima do martelo? O professor pode estimular os alunos a responder estas e outras questões, devendo esclarecê -los quanto ao fenômeno e conceitos físicos presentes nesta animação, cuja limitação são ão os parâmetros de entrada (altura, velocidade de lançamento, massa ou aceleração da gravidade local fixos). Disponível em: 5 http://qbx6.ltu.edu/s\_schneider/physlets/main/proj1d01.shtml . 5

Figura 04:Lançamento Vertical de um Martelo. MRUV com Aceleração Gravitacional

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O experimento representado pela Figura 5 é bastante conhecido. Conta a história que Galileu (1564-1642) teria soltado do alto da Torre de Pisa duas balas de canhão de pesos diferentes e percebido que elas caíram simultaneamente no chão. Nesta simulação, Galileu solta do alto da Torre de Pisa duas balas de canhão com massas diferentes ou uma dessas duas balas e uma pena, à escolha do usuário. A animação permite realizar o experimento virtual tanto na presença quanto na ausência de ar (atrito). No vácuo a pena e a bala de canhão caem simultaneamente no chão, já a céu aberto, a pena cai lentamente e a bala cai rapidamente, confirmando as predições do bom senso. Esta simulação tem a vantagem de divertir o aluno. Disponível em:

http://www.seed.slb.com/en/scictr/watch/skydiving/galileo\_pisa.htm .

(a)

(b)

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Figura 05: Galileu e a Torre de Pisa . Simulação da Queda de Objetos com Massas Diferentes (Bala de Canhão e Pena) na Presença (a) e na Ausência (b) de Atrito

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A Figura 6 representa uma simulação típica de MRUV, em que se entra com posição e velocidade iniciais e aceleração positiva, negativa ou nula. Em seguida, observa -se o movimento do carrinho sobre uma linha graduada, e, simultaneamente, a construção dos gráficos de posição, velocidade e aceleração. Se for do interesse do usuário, o programa mostra o vetor "velocidade" ou "aceleração" fixo ao carrinho, durante o movimento deste. Também é possível selecionar trechos do percurso, movendo as barras verticais de cor verde e vermelha e anotando os instantes de tempo nos quais o carrinho passa por essas barras. Isso permite a construção do cálculo da velocidade em diferentes instantes de tempo e a construção de gráficos de posição e velocidade em função do tempo. No sítio no qual se encontra este experimento há grande variedade de applets sobre outros tópicos de física. Disponível em: http://www.walter-fendt.de/ph14e/acceleration.htm .

Figura 06: Simulação do MRUV de um Carro e Gráficos x-t, v-v-t e a-t Permite Cálculo da Velocidade, Construção de Gráficos e Visualização dos Vetores velocidade e Aceleração

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## Considerações finais

Em pleno século XXI, parece inaceitável que um professor sequer saiba da existência de softwares educacionais. As animações e simulações de cinemática linear que apresentamos neste trabalho são uma pequena amostra do que há na Internet aguardando pela utilização de professores e alunos. Contudo, a falta de

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condições favoráveis pode restringir ou até inibir o uso de applets em sala de aula. Neste caso, lembramos que esse recurso pode ser utilizado fora da escola, em qualquer ambiente onde haja computador com os programas Java , Shockwave e ou Flash instalados e, preferencialmente (mas não necessariamente), conexão com a Internet. Se a precariedade ou escassez de recursos materiais é fator r limitante, a postura do professor em relação ao assunto é fator crucial. De acordo com Sandholtz, Ringstaff e Dwyner (1997), a adesão do professor é condição sine qua non para a implantação das tecnologias em ambientes de ensino. Sob essa perspectiva, invevestimentos na formação docente talvez possam reduzir a distância entre educação escolar e tecnologias, levando a escola a superar a pecha de escola do século XVIII vigente no século XXI.

## Referências

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## Agradecimentos

O Grupo "FísicAnimada" agradece à Universidade Estadual Paulista pelo apoio financeiro concedido por meio da Vice-e-Reitoria e das Pró-Reitorias de Graduação e de Extensão Universitária.

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