A utilização da modelagem computacional semiquantitativa no estudo do sistema mola-massa

## A UTILIZAÇÃO DA MODELAGEM COMPUTACIONAL SEMIQUANTITATIVA NO ESTUDO DO SISTEMA MOLA-MASSA ♦

Giuseppi Camiletti a [giuseppi@cce.ufes.br]

Laércio Ferracioli b

b [laercio@cce.ufes.br]

Departamento de Física/UFES

Campmpus de Goiabeiras

29.060-900

Vitória, ES - Brasil

## 1 - Introdução

A questão da utilização de novas tecnologias no contexto educacional tem m sido discutida tanto em m nível nacional quanto internacional . O governo federal destinou recursos em m nível nacional para as Escolas de Ensino Médio para a aquisição de compmputadores, sem contutudo definir claramente as diretrizes para a aquisição de softwares e amb mbientes compmputacionais educacionais.

Este fato gera a necessidade do desenvolvimento de pesquisa sobre como promover, na prática, a integração dos recursos da tecnologia da informática com m a sala de aula (Ferracioli , 2000). Dessa forma, o objetivo deste trabalho é investigar a utilização de um Ambiente de MoModelagem Computacional no estudo de tópicos de Ciências .

Um Ambmbiente de Modelagem m Compmputacional é um m software, que no contexto deste trabalho recebeu esta denominação pois existe uma proposta pedagógica subjacente à sua utilização onde ele é visto como um Ambmbiente de Aprendizagem. Assim , este Ambmbiente pode possibilitar ao aluno a ampmpliação de sua capacidade em formumular perguntas e não simpmplesmente em m encontrar respostas (Ferracioli , 2001).

## 2 - Referencial Teórico

A utilização de Ambmbientes Compmputacionais na prática da sala de aula, pode ser desenvolvida a partir do estudo de tópicos de conteúdos específicos em m Ciências com m utilização de uma abordagem m alternativa utilizando o conceito de modelagem .

Esta proposta consiste em m levar o aluno a construruir um modelo sobre o problema em m estutudo e, em m seguida, representá-lo no compmputador através de um Ambiente de Modelagem CoComputacional l adequado. Uma vez representado o modelo no Ambmbiente de Modelagem m este pode ser simumulado gerando a possibilidade de ampmpliação do estutudo do problema analisado.

## 2.1 - Sobre Atividades de Modelagem

- -FACITEC/CMTC/PMV - Fundo de Apoio à Ciência e Tecnologia do Conselho Municipal de Ciência e Tecnologia do Município de Vitória-ES.
- - CAPES - .Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior.

De acordo com Bliss & Ogborn (1989), as atividades de construrução de modelos podem m ser desenvolvidas de duas maneiras:

- · Exploratória, quando o aluno é levado a explorar, no ambmbiente compmputacional , um modelo desenvolvido anteriormente por um m especialista .
- · Expressiva , quando o aluno é solicitado a desenvolver um modelo no Ambmbiente de Modelagem Compmputacional .

Neste trabalho, as atividades de construrução de modelos foram m desenvolvidas em m nível exploratório e expressivo. Estas atividades natuturalmente envolvem a atividade de raciocínio. Assim , Bliss et t al (1992) sugerem m que o raciocínio pode ser concebido a partir r de três dimensões:

- · Quantitativa
- · QuQ.4alitativ44u257a 7.

Qualitativa Q.44u257.1224 626.1797 Tm .02 179.93a51</MC Q.44u25 63r336 103Tj 10.02 0 0 110.02 0 0 10.02 394.239560.78 Tm (de )10.02 505.8694 5m (ac4 626.1797 Tm c02 179.93a51</MC88 Tm (.02 0 0 10.030 10.02 23395o82j 1v560 <</MCID 9 >>BD10 0 7 Tm (41s9( )T des10.02 0 0 10.02 394.e970.02 0 0 10.02 161.6631 60779.6104 637.6997 Tm (i)Tj 7 T.619 Tm (q)Tj 10.ade de raci)Tj .6631180.02 0 0 1781b.182j3e raci)Tj .663126120 >> 161.6631 60a 97a.02 117.3982 626.178 Tm (e)Tj 10.02ET EMC Tm (a)Tj 10.082160.3529 582.61995607.0399 n478 10.01.02 106i0.8 244.082397cTj 79.6104 637.6997 Tm (i)97 Tdqs2 351.6441 637.296 244.0182168as )0429.9744 637.6997 Tm ( al)Tj9ee(a)(ações )Tj 0.0069.4 Tm ( )T6na41s9( )T85.08nc79.5

- · Semiquantitativa
- O raciocínio quantitativo pode envolver uma variedade de aspectos desde o reconhecimento de relações

cada dupla nos aspectos de Habilidades e Dificuldades, enquanto que uma leitura a na linha proporciona a visualização do compmportamento de todas as duplas naquele aspecto específico.

## Sistema Mola-Massa

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Figura 04: R Rede sisistêmica e quadro-resumo da atividade de modelagem

expressiva com o sistema mola-massa.

Como exempmplo, é apresentada a análise do Processo de Construção do Modelo da dupla 02. Em m relação aos aspectos de Habilidades apresentadas durante o processo de construção do modelo a dupla foi capaz de raciocinar em m nível semiquantitativo, alterar o modelo explicando o porque das alterações e relacionar o compmportamento apresentado pelo modelo com m o esperado por eles. As dificuldades apresentadas foram relacionadas à delimitação do sistema a ser estudado e ao entendimento do agente causal do sistema, ou seja, em alguns momentos o estutudante dizia que o agente responsável era a mola em m outras dizia que era a força.

Em m relação ao compmportamento das duplas em m cada aspecto considerado na rede, em m relação às Habilidades apresentadas pelas duplas, todas os estudantes foram m capazes de relacionar o compmportamento apresentado pelo m odelo com m o esperado por eles. Em m relação às Dificuldades, as duplas 02, 03 e 06 tiveram m dificuldades na delimitação do sistema a ser estudado.

## 5 - Discussão e Conclusão

A conclusão sobre o Processo de Construrução do Modelo será feita respondendo as questões básicas de pesquisa deste trabalho, descritas na seção 3. A resposta de cada questão é baseada no quadro-resumo mostrado na Figura 04.

## 5 . 1 -Quais habilidades os estudantes demostraram durante o desenvolvimento do modelo?

As habilidades apresentadas variaram m de dupla para dupla. Todas as duplas foram m capazes de construir uma versão do modelo, realizar sua simumulação e emitir uma opinião dizendo se o compmportamento apresentado pelo m odelo estava ou não de acordo com m o que esperavam .

Quatro duplas foram m capazes de fornecer explicações em m nível semiquantitativo sobre o compmportamento das variáveis, ou seja, foram m capazes de explicar o que ocorre com m uma variável quando a outra varia. Este resultado parece indicar que os alunos foram m capazes de raciocinar r em m nível semiquantitativo para o desenvolvimento da atividade de modelagem m expressiva com m o sistema mola-massa.

Duas duplas foram m capazes tambmbém, em m algum m momento da construção do modelo, de tecer comentários baseados em m possíveis valores que as variáveis deveriam m ter, uma em m relação à outra, ou seja, foram capazes de apresentar um argumento em m nível quantitativo sobre o compmportamento das variáveis do modelo construído em um m Ambmbiente de Modelagem m Compmputacional Semiquantitativo. Este resultado parece dar sustentação ao relato de Santos, Sampmpaio e Ferracioli (2001) que trabalharam m com m a hipótese de que o raciocínio em nível semiquantitativo seria precursor r do raciocínio em m nível quantitativo .

Todas as duplas foram m capazes de alterar o modelo, inserindo ou retirando variáveis e ligações. A maioria foi capaz de explicar estas alterações feitas no modelo o que indica que as duplas apresentaram m um m certo grau de entendimento sobre que estavam m fazendo, não adotando uma estratégia de simpmples tentativa e erro para a construrução do modelo .

## 5.2 -Quais são as dificuldades apresentadas pelos estudantes durante o desenvolvimento do modelo?

Para o desenvolvimento da atividade de modelagem expressiva com o sistema mola-massa, as duplas apresentaram m uma série de dificuldades sendo algumas relacionadas à utilização do Ambmbiente de Modelagem Compmputacional, outras relacionadas à utilização do raciocínio em m nível de sistemas e em m menor escala com m o conteúdo em m estutudo.

Em m relação à utilização do Ambmbiente de Modelagem Compmputacional Semiquantitativo Icônico WLinkIt, foi considerado que a dupla teve dificuldade em m entender a função da ligação entre duas variáveis, quando ao estabelecer uma ligação entre elas pareciam não entender a função da mesma, ou seja, pareciam m não entender qual seria o compmportamento que seria gerado pela estrutura construída. Assim , parece que as duplas que apresentaram este tipo de dificuldade não possuíam m um m bom m nível de entendimento sobre a função da ligação entre duas variáveis do Ambmbiente de Modelagem m Compmputacional WLinkIt .

Em m relação à utilização do raciocínio em m nível de sistemas para a construção do modelo, três duplas encontraram dificuldades para entender como uma variável influencia a outra, ou seja, encontraram m dificuldades em m conceber uma variável como sendo responsável pela variação da outra variável. Uma dupla apresentou dificuldades em relação ao entendimento do agente causal do sistema, comentando em m alguns momentos que o agente responsável por fazer o bloco oscilar seria a mola e em outros momentos que seria a força. Esta dificuldade pode influenciar na construrução do modelo sobre o sistema em estutudo uma vez que põe em m dúvida quais são as variáveis que devem m ser responsáveis pela variação de outra variável.

Três duplas encontraram m dificuldades para a delimitação do sistema a ser estudado. Esta habilidade é fundamental para que o aluno tenha clareza sobre quais os aspectos de relevância considerar na construção do m odelo, caso contrário alguns aspectos considerados e traduzidos na forma de variáveis podem m não ter impmportância para o modelo e ainda o aluno pode imaginar um m compmportamento não adequado para determinada variável.

Portanto, existe um m indício de que a dificuldade em m delimitar o sistema a ser estutudado é uma herança do ensino tradicional, uma vez que, de modo geral, não é observado de maneira apropriada o processo de delimitação do sistema no momento do estudo de um determinado tópico: assume-se que o arranjo e manipulação do sistema, com m o estabelecimento das condições iniciais não são da a parte do estutudo uma vez que são fornecidos a priori sem uma discussão adequada. Este fato é continuamente reafifirmado através da proposição de problemas apresentados ao final de cada capítulo dos livros de Física: massas são compmprimidas e colocadas em m movimento sem m que sejam m mencionadas as fontes para o estabelecimento desses conceitos. (Ferracioli , 1994).

Em m relação a Não saber como fazer a atividade, duas duplas não tinham m mumuito claro o que de fato estava tentando fazer durante o desenvolvimento da atividade de modelagem m expressiva com m o sistema mola-massa. Simpmplesmente as variáveis foram m sendo incorporadas ao modelo sem m o compmpromisso com m um m objetivo final .

Em m relação à dificuldade com os conceitos envolvidos, uma dupla considerou a variável força como sendo impmportante para a construrução do modelo mas não sabia se ela representava a força da mola sobre o bloco, a força peso ou a força de atrito. Esta dupla encontrou uma grande dificuldade para desenvolver o modelo sobre o sistema mola-massa.

- O objetivo desta pesquisa é investigar a utilização de Ambmbientes de Modelagem m Compmputacionais no estudo de tópicos de Ciências. Assim , o mapapeamento dos aspectos aqui discutidos é fundamental para o delineamento de pesquisas futuras no sentido de promover, na prática, a integração destes Ambmbientes na sala de aula, mais especificamente para o estutudo de tópicos de Ciências.

## 6 - Agradecimentos

Este trabalho de pesquisa foi parcialmente financiado pelo CNPq, CAPES e FACITEC/CMT/PMV - Fundo de Apoio a Ciência e Tecnologia do mumunicípio de Vitória-ES.

## 7 - Referências Bibliográficas

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