Ensinar Física para os alunos do Século XXI: Uma proposta computacional para um novo ensino da Cinemática.

## Ensinar Física para os alunos do Século XXI: Uma proposta computacional para um novo ensino da Cinemática.

Márcio Nasser Medina 1 , Gustavo Moreira Simões 2 , Rock Nickson Ximenes Carvalho 3 , Giselle do Prado Silva , Camila Pinho Costa , Gabriel dos Santos 4 5 Arenázio 6 , Rafael Souza Mattos , Leonardo Vellasco Soares , VictorAssumpção 7 8 Leite Coelho Nunes 9 , Alex Moraes Ramos 10

1 Colégio Pedro II/UNED-Niterói, professormedina@hotmail.com

2 Colégio Pedro II/UNED-Niterói, gustavom.simoes@hotmail.com

3 Colégio Pedro II/UNED-Niterói, rock\_nickson@hotmail.com

4

Colégio Pedro II/UNED-Niterói, www.giselleprado@hotmail.com

5 Colégio Pedro II/UNED-Niterói, Nanohf@yahoo.com

6

Colégio Pedro II/UNED-Niterói, gabriel.Arenazio@hotmail.com

7 Colégio Pedro II/UNED-Niterói, rafaelcpii93@hotmail.com

8

Colégio Pedro II/UNED-Niterói, leonardovellascosoares@hotmail.com

9 Colégio Pedro II/UNED-Niterói, vi.tin.1@hotmail.com

10 Colégio Pedro II/UNED-Niterói, alex\_am@hotmail.com

## Resumo

Este artigo propõe uma nova perspectiva na aprendizagem e na definição do currículo de Física, em que o uso do computador se torna uma ferramenta essencial no processo de aprendizagem. A investigação do grupo de pesquisa sobre o ensino e aprendizagem através do software interativo Modellus, dirigido às disciplinas de Matemática e Física, quer avaliar as percepções dos alunos e professores ao realizarem experiências com modelos matemáticos computacionais animados e interativos, controlando-se as variáveis como: o tempo, a velocidade e a posição, e desta forma, analisando, também, a variação da função e as respectivas representações gráficas. Durante essa atividade, concomitante às aulas de cinemática no curso de Física, destinada um grupo préselecionado da primeira série do Ensino Médio em uma Escola Pública Federal do Estado do Rio de Janeiro, pode se avaliar se essas simulações e animações permitiram, ou não, aos estudantes entender os princípios teóricos e matemáticos da matéria utilizando-os como laboratórios virtuais e se essa ferramenta pedagógica se mostrou, ou não, de grande valia para o aumento da percepção dele, principalmente para aqueles estudantes com baixa abstração, desse modo potencializando as possibilidades pedagógicas da interação professor-aluno.

Palavras-chave: Laboratório Virtual, Física Computacional, Interatividade

## Introdução

O elevado número de reprovações na Física, nos vários níveis de ensino em todo o país, revela bem as dificuldades que os alunos tem encontrado na aprendizagem dessa ciência. A falta de meios mais modernos no ensino de Física constitui uma das razões do insucesso na aprendizagem dessa ciência. Além dos problemas metodológicos no ensino, baixo desenvolvimento cognitivo dos alunos,

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falta de embasamento matemático e pré-existência de concepções relacionadas com o senso comum e não com a lógica científica.

A sala de aula deve se adequar a uma nova maneira de encorajar os alunos a serem estudantes-ativos. Todo estudante emprega habilidades de 'alta ordem de pensamento', que é definido por Lauren Resnick (1987) como não algorítmico; complexo; possível de múltiplas soluções, envolvendo julgamento, empregando muitos critérios, incerteza; imposição de significados e de esforços (Resnick,1987). Em contraste com todas as demais teorias, essa nova visão sobre aprendizado enfatiza que essa habilidade encoraja as crianças a serem leitores efetivos e desenvolve suas habilidades matemáticas, ambas necessárias e importantes para o aprendizado de ciências.

Assumindo que o pensamento e o raciocínio devam ser a base das atividades de todas as áreas do conhecimento, essa proposta trata de construir uma visão da Ciência que esteja voltada para a formação de um cidadão contemporâneo, atuante e solidário com instrumentos para compreender, intervir e participar na realidade, como propõem o PCN+(2002).

Segundo RESNICK (1987), três metas devem ser tomadas para o sucesso do Ensino de Ciências: usar princípios científicos e procedimentos apropriados para tomar decisões; experimentar a riqueza e a excitação da compreensão da natureza; envolver-se nos discursos sobre questões científicas e tecnológicas.

Desta forma os professores:

- · Orientam e acompanham descobertas enquanto interagem com seus alunos;
- · Mediam as discussões entre os estudantes sobre idéias e questionamentos científicos;
- · Desafiam os alunos a aceitarem e dividirem a responsabilidade do seu próprio aprendizado;
- · Encorajam todos os estudantes a participarem inteiramente do aprendizado científico.

A partir dessa idéia procurou-se utilizar o Modellus como mediador nesse processo ensino-aprendizagem e verificar se satisfaz ou não às necessidades dos estudantes quanto ao aprendizado formal da Cinemática.

## Metodologia

A idéia básica do Modellus é a de possibilitar experiências com modelos matemáticos, concentrando-se na interpretação do significado desses modelos e não apenas nos seus cálculos. Este software já foi muito discutido anteriormente por Araújo (2002), Veit et al.i (2004) e Teodoro (2002). Mas ainda havia muito pouca experiência efetiva no Ensino Médio seriado.

Como parte integrante de um trabalho extra-classe para o Dia da Física de 2009, organizado anualmente pelo Departamento de Física da Escola, foi sugerido para um grupo de 10 alunos da primeira série um trabalho de modelagem computacional dos problemas de Física no computador. E foi apresentado aos alunos o software Modellus.

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No primeiro contato, foi mostrado as animações feitas pelos professores do colégio utilizando esse software e, em seguida, foi apresentada a estrutura da programação da modelagem sendo explicado cada etapa do processo. Houve um espanto inicial com complexidade daquela nova linguagem, o que já era esperado e um mini-curso foi ministrado, em um horário alternativo, apresentando um processo passo-a-passo de um movimento retilíneo uniforme e de um uniformemente acelerado.

Há que se destacar que conforme os professores foram desenvolvendo a modelagem os alunos estranharam o porquê de usar d e não delta ( Δ ) da frente das variáveis, o que permitiu a introdução do conceito de derivadas e equações diferenciais.

Durante um mês, os professores de Física auxiliaram os alunos com uma reunião semanal para tirar dúvidas. Houve um desenvolvimento acelerado dos alunos em matemática avançada, alimentado apenas pela curiosidade e pela capacidade de experimentar. Os alunos descobriram sozinhos as coordenadas polares, função degrau, o movimento circular, lançamento não-vertical, entre outras coisas.

Após a apresentação do evento 'O Dia da Física', o primeiro grupo questionou sobre uma possível continuidade da atividade também no ano seguinte. Consideramos essa pergunta como uma aprovação, da parte dos alunos, sobre a utilização dessa ferramenta ajudando o aprendizado e possibilitando a descoberta. Foi solicitada uma proposta elaborada por eles de como dar continuidade a aquele trabalho. O grupo resolveu, baseado na curta experiência de 2009, dividir a próxima ano em duas etapas, a primeira seria a elaboração de um mini-curso para os novos alunos no próximo ano letivo e, a segunda, continuar desenvolver trabalhos sobre Mecânica (Trabalho, Energia e Momento Linear).

FOTOS 01: O Dia da Física

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Começado o ano letivo de 2010, convidamos os alunos que gostavam de mexer com softwares de computador, já usuários e habituados com a plataforma Windows XP e que gostariam de participar desta experiência. Se candidataram 112 alunos e foram selecionados apenas 40 alunos que se enquadravam naquele perfil, foram formadas 2 turmas de 20 alunos.

Durante o processo de seleção foi introduzida a linguagem, os comandos e algumas sentenças lógicas possibilitando ao alunos já experimentar as ferramentas e estimular o interesse pela atividade.

FOTOS 02: Aula de Cinemática Computacional

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## A Pesquisa

A população alvo desta pesquisa foi formada por 40 alunos da 1ª série do ensino médio do Colégio Pedro II Niterói - RJ. Incluído no contexto de escola pública, esta Instituição de Ensino possui 8 unidades sendo 6 na capital do Estado e 2 unidades descentralizadas localizadas em municípios vizinhos. A investigação ocorreu durante o primeiro semestre, do ano letivo de 2010, na qual estavam previstas 30horas/aulas de práticas laboratoriais como atividades da disciplina de Física.

Durante as atividades os alunos trabalharam os seguintes aspectos da aprendizagem:

- · Visualização de gráficos e consequente interpretação;

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- · Observação das trajetórias dos movimentos;
- · Análise vetorial das simulações;
- · Interpretação matemática das representações gráficas, analíticas e analógicas.

A pesquisa utilizou a inquirição como técnica de coleta de informações, para avaliar a atitude dos alunos em relação aos objetos de aprendizagem. Foi elaborado um questionário contendo 8 questões: três utilizando escala de atitude do tipo Likert; e cinco levantamento de opinião, onde foram indagadas informações específicas sob forma de questão única.

Esta pesquisa foi feita a partir da plataforma Google Docs, onde na modalidade Spredsheet há a possibilidade de se elaborar um questionário e enviá-lo para os alunos em forma de um link , os alunos ao responderem não precisam se identificar o que mantém o sigilo da identidade de todos que responderam.

Na escala do tipo Likert, dá-se aos sujeitos uma proposição e eles devem expressar sua posição sobre a declaração que ela contém. Para cada declaração os sujeitos são solicitados a indicar sua atitude em relação a ela e o grau em que são afetados. Pede-se que assinalem suas respostas segundo a intensidade de sua concordância ou discordância.

Nas questões de levantamento de opinião, o questionário indaga apenas informações específicas sobre determinado assunto, apresentado sob forma de questões únicas. Cada indivíduo assinala a resposta que achar conveniente, representada por um sim ou não. Os resultados finais vêm expressos em porcentagens de pessoas que dão cada tipo de resposta.

O questionário utilizado investigou os seguintes pontos:

- 1- Como você se classifica quanto a sua habilidade e conhecimento em computadores.

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Muito Ruim

00%

Ruim

11%

Médio

32%

Bom

49%

Muito Bom

38%

## 2- Como você se avalia quanto aos seus conhecimentos sobre os tópicos de Física e Matemática abordados nessa atividade?

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Muito Ruim

00%

Ruim

14%

Regular 49%

Bom

32%

Muito Bom 25%

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## 3- Foi difícil usar o Modellus? Por que?

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Não, é muito fácil de usar.

14%

Não, basta seguir o Tutorial.

5%

Não, eu fui ajudado quando necessário.

38%

Não, graças aos meus colegas.

11%

Não, mas achei complexo quando eu não sabia a teoria.

32%

## 4- Quais vantagens ou desvantagens você acha que este tipo de atividade com o Modellus possui?

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ajuda em computação

30%

ajuda na visualização dos fenômenos

76%

ajuda a compreender os fenômenos

76%

ajuda a pensar

76%

ajuda nas múltiplas representações do problema

54%

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ajuda a resolver problemas

62%

pode promover a falta de treinamento em informática

3%

interface em inglês

5%

a pessoa pode ficar trabalhando por várias horas

8%

precisa de certos conhecimento que muitos não possuem

24%

é muito difícil para aqueles que não sabem nada de computador atrapalha os alunos aprender a resolver problemas

22%

0%

Obs.: As pessoas puderam marcar mais de uma caixa de seleção, então a soma das percentagens pode ultrapassar 100%.

## 5- O software ajudou você a entender melhora maneira que a Física descreve o movimento? Ou ajudou, de certa forma? Como?

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- 6- Comparando a Cinemática da sala de aula e a visualizada através do Modellus você avaliaria:

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Melhor visualização 70%

Controle dos resultados 11%

Visualização gráfica

32%

Programação fácil e rápida

14%

Menos abstração

32%

Mais divertido de aprender

59%

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Obs.: As pessoas puderam marcar mais de uma caixa de seleção, então a soma das percentagens pode ultrapassar 100%.

## 7- Você acha que o software Modellus ajudou você a atingir seu aprendizado?

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Sim, ele me desenvolveu minhas habilidades de abstração

8%

Sim, porque é muito importante ver o que aprendemos e não apenas ouvir.

41%

Sim, pude explorar tabelas, gráficos, equações, etc.

19%

Sim, o aluno pode aprender no seu tempo, individualmente, desde que com apoio.

3%

Sim, esta é a melhor e mais fácil maneira de se passar conhecimento

5%

Sim, mas não pode considerar que irá resolver todas as dificuldades dos estudantes

24%

Sim, usando o Modellus não sabemos diferenciar quando é Matemática ou quando é Física

0%

8- Comparando a Física de sala de aula, apenas usando lápis e papel, e a Física utilizando o Modellus. Você acha que é necessário fazer tantas listas e tantos exercícios repetidos para entender Cinemática?

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Discordo Totalmente 5%

Discordo Parcialmente

11%

Acho que sim

32%

Concordo Parcialmente

27%

Concordo Totalmente

24%

## Considerações Finais

Observou-se que 76% dos alunos encontraram grande facilidade no entendimento, na visualização e no pensar sobre a Física ao utilizarem o Modellus

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como ambiente virtual de aprendizagem, dentre os quais 62% concordou que o software ajudou-os a resolver os problemas. A utilização de software apropriado para além do apoio computacional na realização de experiências e na apresentação audiovisual, pode facilitar o ensino e estimular a aprendizagem.

Podemos observar através desta experiência que apesar de apenas poucos alunos desenvolverem uma razoável capacidade de abstração, os demais, que antes apresentaram grande dificuldade em acompanhar certos tópicos dos cursos de Física do Ensino Médio, puderam fazê-lo a partir das animações. O software Modellus se tornou um poderoso aliado na exposição de fenômenos que variam com o tempo, tornando o processo pedagógico mais direto, e mais simples o contato dos estudantes com as idéias centrais que se deseja mostrar. Além de tornar acessíveis a qualquer instante os "experimentos virtuais", até mesmo fora do horário das aulas pois os roteiros das "experiências" são auto-instrutivos.

Precisamos vencer inúmeras barreiras fora da sala de aula e romper com essa realidade abala certas estruturas e nos desafia como professores. Quem não tem medo do novo? Entretanto, se não nos arriscarmos a inovar, continuaremos de frente para uma turma desmotivada, que não vê importância naquilo que apresentamos como aula e que vai permanecer alheia ao processo de construção de um saber sólido que é a meta que se quer atingir. Desse jeito, o professor continuará a ser visto como figura anacrônica, incapaz de despertar em seu público a paixão que impulsiona o jovem a ir mais adiante, querer mais informação, entusiasmar-se quando em contato com uma nova descoberta.

Acreditamos que atingimos as metas propostas por Resnick: Orientando e acompanhando as descobertas durante a interação com os alunos; mediando as discussões entre os estudantes sobre idéias e questionamentos científicos; desafiando os alunos a aceitarem e dividirem a responsabilidade do seu próprio aprendizado e encorajando-os a participarem inteiramente do aprendizado científico como forma de resgatar o interesse e a credibilidade do aluno que não via na sala de aula nenhuma correspondência com o mundo de que faz parte.

## Referencias Bibliográficas

ARAÚJO, I.S., Um estudo sobre o desempenho de alunos de Física, usuários da ferramenta computacional Modellus na interpretação de gráficos da Cinemática, Dissertação de mestrado, IF/UFRGS, 2002.

RESNICK, L. B. Education and learning to think. Washington, DC: National Academy Press,(1987).

TEODORO, V.D. e VEIT, E.A., Modelagem no Ensino/Aprendizagem de Física e os Novos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio - Rev. Bras. Ens. Fis. v. 24, n.1, p. 87- 90 (2002).

VEIT, E.A., ARAÚJO, I.S. e MOREIRA, M.A., Atividades de modelagem computacional no auxílio da interpretação de gráficos da Cinemática I. Rev. Bras. Ens. Fís., v. 26, n. 2, p. 179 - 184, (2004).

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