Análise dos roteiros de aula sobre o efeito estufa publicados no site do PhET, sob a perspectiva da tipologia de Merieu.

## Análise dos roteiros de aula sobre o efeito estufa publicados no site do PhET, sob a perspectiva da tipologia de Merieu .

## Marcos Paulo da C. Martinho 1

1 IFRJ/ LISEDUC marcos.martinho@ifrj.edu.br

## Resumo

É cada vez maior a produção de simuladores educacionais, que podem ser encontrados na rede mundial de computadores ou em softwares privados destinados à prática escolar. Em consequência dessa oferta, o uso desses simuladores para computadores aumentou. Para avaliar a eficiência desses simuladores, grupos de desenvolvedores no mundo inteiro estão desenvolvendo pesquisas para entenderem melhor os impactos do uso desses objetos na aprendizagem de conceitos científicos, para isso deixam espaços em seus sites onde professores, estudantes ou simpatizantes da ciência relatem suas experiências com os simuladores, quer sejam em sala de aula, tarefas escolares ou por curiosidade. Nesse trabalho é apresentado uma análise das propostas de uso em atividades acadêmicas enviadas ao site do PHET, por professores das High Schools americana, para o simulador GreenHouse que trata do Efeito Estufa. As análises serão guiadas pela Tipologia de P. Meurieu e por orientações de estudos fornecidos pelo PHET disponível em seu próprio site.

Palavras-chave : simuladores, efeito estufa, tipologia de Merieu, PhET

## Introdução

Muitos conceitos científicos são abstratos, mas fundamentais para a consolidação de uma teoria científica. Durante muitos anos esses conceitos foram ensinados sem experiência concreta em salas de aula do mundo inteiro. O entendimento se devia a duas situações: a capacidade criativa do professor em tornar o assunto concreto na estrutura cognitiva do estudante e a capacidade do estudante em abstrair o conceito. Hoje as simulações de computador, com interfaces gráficas atraentes e de boa usabilidade, é um recurso útil às práticas pedagógicas, e segundo Adams [1] eficaz para o ensino e aprendizagem em sala de aula.

Não se tem hoje como dissociar a tecnologia da informação da prática de sala de aula, e o uso das simulações têm se mostrado muito útil às práticas pedagógicas. Grupos de pesquisadores em Ensino de Física têm se preocupado não apenas em desenvolver simulações, mas também em estudar o uso das mesmas verificando suas contribuições para aprendizagem das Ciências, com o intuito de testá-las e melhorá-las.

- O projeto PHET, é um programa em andamento para o desenvolvimento de um amplo conjunto de simulações disponíveis

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20 a 25 de janeiro de 2013

gratuitamente on-line para ensinar e aprender Física, Química e Biologia. Estas simulações interativas criam ambientes que enfatizam as conexões de fenômenos da vida real e da Ciência. Existem no site do PHET mais de 60 simulações que incialmente tinha como alvo os estudantes universitários, mas hoje atende a todos os níveis de ensino. As simulações são criadas por equipe de 4 pessoas, entre programadores e especialistas no tema da simulação. Depois de pronto é feito testes com estudantes voluntários que visam verificar a usabilidade do simulador, apontado possíveis erros de programação, conteúdo e interface [2].

Uma vez colocado na rede, os simuladores podem ser acessados por qualquer um. A equipe PHET sugere aos professores que se interessarem por alguma simulação que compartilhem seus materiais instrucionais no site. Assim ficam reunidas, logo abaixo da simulação no site, ideias de atividades pedagógicas que podem ser utilizadas ou melhoradas por outras pessoas.

Nesse trabalho escolheu-se analisar as propostas do aplicativo GreenHouse (Efeito Estufa), onde não se pretende discutir o fenômeno e sim analisar as sugestão dadas por professores de uso para esse simulador, sob o ponto de vista da tipologia de Phelippe Merieu para aprendizagem e dos estudos do PHET sobre aprendizagem significativa utilizando o aplicativo.

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## Tipologia de Merieu

Meirieu propõe uma tipologia das operações mentais, que respondam a três condições que julga essências para um caminho didático da aprendizagem de um conteúdo. A primeira é a simplicidade da ação para que facilitem os práticos. Isso está baseado na premissa que a busca de soluções não mobiliza a energia dos atores, a menos que estejam convencidos que são de fato soluções e de que estão acessíveis a eles [3]. As ações pedagógicas devem ser planejadas a fim de dar suporte ao estudante à medida que o mesmo esteja se distanciando da solução desejada, mas deve-se encarar cada tentativa de solução com um aspecto realista do ponto de vista do estudante.

A segunda condição estaria pautada na psicologia genética, pois se deve levar em conta o que sabemos sobre essas operações mentais e deve ser coerente com os princípios fundamentais da Aprendizagem. E a terceira é que a tipologia a ser empregada deva ser operacionalizável, isto é, ela deve ser materializada em sala de aula de uma maneira que proporcione ao estudante aprendizagem do que se pretende ensinar. Em suma as três condições são:

- a) A simplicidade de utilização
- b) Conformidade com aportes teóricos
- c) Fecundidade para à prática.

Com isso a tipologia não pode ser considerada única e acabada, mas sim constantemente mutável e pluralista, num universo acadêmico dinâmico.

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A aprendizagem está centrada na estrutura cognitiva dos estudantes, através de um processo abstruso que pode levar a aprendizagem ou não de uma determinada situação. Meirieu[2] classifica quatro tipos de operações mentais que são relevantes à aquisição de conhecimento pela estrutura cognitiva.

Dedução: é o ato intelectual através do qual o sujeito é levado a inferir uma consequência de um fato, de um princípio ou de uma lei. Para uma aplicação dessa operação os dispositivos devem levar o estudante a questionamentos do tipo: ' se..., então', formá-lo para um método hipotético-dedutivo. Isso leva o estudante a questionar, a contra argumentar sobre uma hipótese que não se concretiza isso ajuda a promover uma interiorização progressiva do ponto de vistas de outrem.

A eficácia da ação metodológica a fim de trabalhar a dedução é organizada sistematicamente pelo professor, garantindo a 'impunidade'. Meirieu [3] diz que:

o estudante pode e deve experimentar o erro na escola, para que não venha errar em sua vida profissional.

Indução: Consiste em fazer, por combinações sucessivas de atributos sobre aquilo que constitui o seu 'ponto comum' e em alcançar uma formalização aceitável, procedendo por uma alternância de reduções e extensões. Há também formulações de hipóteses, mas estás aqui não tem o mesmo estatuto: na dedução a hipótese é posta à prova do que produz, sua ação é, portanto, final de certa forma; na indução a hipótese é posta à prova dos fatos que apresenta sua ação, é inicial. A dedução passa do único ao múltiplo, a indução do múltiplo ao único.

## Segundo Meirieu,

a tarefa do professor será assim escolher materiais onde o conceito possa ser identificado, fazer com que seja descrito e reformulado aquilo que é visto, lido ou entendido até que apareçam similaridades, introduzir intrusos para fazer com que sejam percebidas as originalidades e fazer com que novos exemplos sejam buscados para de fato chegar as especificidades.[3]

A terceira operação mental é a dialética, isso significa colocar em leis, noções ou conceitos o assunto discutido, deve-se conduzir de forma a fazer os estudantes evoluírem as ideias em sentidos diferentes, levando-os à compreensão de um sistema. A partir da compreensão do sistema, solicitase a busca de novos conceitos que ancore o que está sendo aprendido.

Divergir é a última das operações mentais propostas por Merieu, isso quer dizer que o professor deve levar a reflexão do aluno ao inesperado, para que possa ser avaliado por ele, testando assim o limite de validade da compreensão anterior, isso permitirá avaliar a pertinência das mesmas.

As operações mentais vão servir a estratégia didática, podendo aparecer coletivamente, mas cada ação pedagógica dependerá dos objetivos determinados para ela. O professor é que julgará qual das operações mentais será necessária para a atividade.

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Levando essa tipologia em consideração, esperar-se que a estratégia usada para aprendizagem, possibilite a significação da mesma por parte do estudante. Na seção seguinte, a avaliação das propostas para utilização do aplicativo o efeito estufa serão balizadas pelos parâmetros da tipologia apresentada aqui.

## Sobre o simulador GreenHouse

Não existe no site explicações pedagógica para o uso desse simulador por parte de seus construtores, mas é possível inferir que esse objeto de aprendizagem visa possibilitar o aluno de analisar o potencial e as limitações da ciência frente ao problema do aquecimento global. O estudante pode após utilizar o simulador em conjunto com ações pedagógicas propostas pelo professor compreender as implicações do aumento do efeito estufa e explica as bases físicas e químicas para esse fenômeno.

- O simulador é constituído de três partes, a saber: a primeira mostra a chegada da radiação solar (fótons solares) e a saída da radiação proveniente da Terra (fótons infravermelhos). É possível modificar a concentração dos gases atmosféricos e da quantidade de nuvens e verificar as variações da temperatura ambiente. A segunda parte permite que você coloque placas de vidro, podendo verificar o aprisionamento da radiação infravermelha e consequentemente o aumento da temperatura. A terceira parte o estudante pode compreender como as moléculas dos gases são afetadas pela radiação e com isso entenderem, por exemplo, que as moléculas de água são responsáveis diretos do aquecimento terrestre, e não apenas o metano e o gás carbônico.
- O simulador explora dois aspectos físicos que geralmente são ignorados nas explicações sobre o efeito estufa, que a Terra irradia para o espaço uma quantidade de energia igual a que recebe do sol, e isso pode ser discutido observando a quantidade fótons que chegam dos que saem. Os fótons de infravermelho são menos energéticos que os, em média, vêm do sol. E outra ponto, é que o simulador permite o estudante compreender que as radiações que chegam até uma determinada molécula podem ser refletidas para qualquer direção, ou não [4].

Esse simulador permite explorar algumas coisas que geralmente são omitidas nas explicações sobre efeito estufa em livros didáticos. Sua contribuição dá consistência às explicações através de fundamentos da Física de radiações.

## Análise dos roteiros

Conforme dito anteriormente, todos os simuladores computacionais disponíveis no site do PhET vem acompanhado de roteiros de aulas feito por contribuições de professores (em maioria americanos) de todos os níveis. Para o aplicativo Greenhouse effect (efeito estufa), têm-se 7 roteiros que foram analisados sob os critérios da Tipologia de Merieu. Na sequencia dessa seção são apresentados em forma de tabela, os autores dos roteiros, bem como suas origens (tabela 1) e as análise dos respectivos roteiros de aula (tabelas 2 e 3).

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Tabela 01 : autores e roteirosTabela 02: Condições que devem ser levadas em consideração para que uma estratégia didática seja exitosa.

Legenda : x = sim; 0 = não e < = parcialmente

É preciso dizer que a análise desenvolvida aqui é superficial, os roteiros deveriam ser contextualizados junto aos respectivos planos de aula, mas isso não é disponibilizado no site o que limita a avaliação do recurso instrucional. Em relação às condições para o desenvolvimento da tipologia de Merieu todos os roteiros são simples e executáveis, sob o ponto de vista de uma sala de aula. Não exigem mais do que o aplicativo e de um roteiro, existem casos que dependem da internet, mas isso nos dias de hoje não é um empecilho. Mas em relação ao conhecimento prévio isso não ficou claro. Em apenas um dos roteiros pode-se constatar a preocupação do professor em saber o que o aluno conhecia do assunto. Em nenhum dos roteiros isso é valorizado, o que parece ter validade é apenas o produto da interação aluno-aplicativo.

Como foi visto, na seção 2 a tipologia de Merieu é baseada e quatro operações mentais dedução, indução, dialética e divergência. Na Tabela 2, é mostrado a análise dos roteiros sobe está perspectiva.

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Tabela 3: Tipos de operações mentais relevantes à aquisição de conhecimento através da estrutura cognitiva presente nos roteiros do PhET para o efeito estufa.Legenda : x = sim; 0 = não e < = parcialmente

Apenas um roteiro apresenta as quatro operações mentais propostas por Merieu. Ele é capaz de integrar dedução e indução, permitindo que o estudante interaja com o material de aprendizagem de forma responsável e não 'perigosa' para o aluno. O roteiro permite que o aluno estabilize e desestabilize a fim de equalizar as informações aprendidas com o aplicativo. Exemplos e fatos são lançados fazendo-o confrontar os elementos e levando à conclusões baseadas na experimentação e sempre supervisionada pelo professor. O professor leva os alunos ao confronto das ideias extraídas das fontes (simuladores, revistas, livros, sites da internet...) para que desenvolva suas próprias opiniões sobre o assunto fundamentadas sobe a base de dados adquirida com a experimentação.

O objetivo central dessa proposta é levar os alunos a explicarem com suas próprias palavras o efeito estufa, somente mais uma das seis outras também tem esse objetivo, as demais apenas apresentam perguntas para serem respondidas. Outro objetivo é fazer o confronto entre fontes de dados científicas, que fornecem evidências sobre o aquecimento global podendo testar através do aplicativo. Outra coisa interessante é que ele discute também a confiabilidade do simulador, levando o aluno à reflexão sobre a necessidade de modelos em ciência.

Os demais roteiros possuem algumas operações mentais da tipologia, mas como não se teve acesso aos planos de aula dos professores, não se pode prever o comportamento deles frente às situações que poderiam aparecer. Logo não se tem a noção de como as outras operações mentais da tipologia de Merieu apareceriam e como seriam trabalhadas.

Parece que há sempre uma preferência por um dos processos, indução ou dedução, e não uma mesclagem dessas duas operações. A mesclagem só ocorre em 42 % dos roteiros. Em relação à operação mental de dialetizar e divergir os índices são ainda mais baixos, cerca de 29% dos roteiros, esse índice é muito ruim para um estratégia didática que privilegie a aprendizagem significativa, pois não há confronto de ideias.

Uma curiosidade, o aplicativo tem um enfoque bem voltado para física de radiações, no entanto apenas 3/7 apresentam propostas com esse enfoque aproveitando para retomar discussões anteriores ou posteriores, tais como: calor, lei de Stefan-Boltzman, radiações eletromagnéticas etc...,

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as demais discutem aspectos gerais do assunto preocupando-se apenas com o aquecimento global.

## Conclusão

Os fundamentos que guiaram os professores a construírem seus roteiros de aula não são conhecidos, mas sob a perspectiva da tipologia proposta Phelippe Merieu é possível caracterizar alguns aspectos desses roteiros. Os objetivos, de um modo geral, eram explicar o efeito estufa. Apenas dois roteiros incluíam a aprendizagem de outros tópicos utilizando como motivação o efeito estufa. Isso permitiria que o estudante desestabilizasse ideias antigas através do confronto com as novas ideias e hierarquizando novamente na sua estrutura cognitiva os conceitos aprendidos.

Merieu apresenta em sua Tipologia uma simplificação de outras Taxionomias, que julga pouco operacional [2], das condições que estabelece para que uma atividade pedagógica tenha êxito, os conhecimentos prévios sobre o assunto não parecem ter relevância na maioria das propostas. E isso é um dos pontos mais importantes de qualquer teoria pedagógica, ensinar de acordo com a bagagem intelectual do estudante. Já em relação às operações mentais elas estão presentes em todas as propostas de roteiros em pelo menos uma operação. Contudo menos de 30% dos roteiros fazem a mesclagem das quatro operações mentais.

Apesar de o aplicativo enfocar o efeito estufa através da modelagem da física de radiações, apenas 2/7 roteiros salientaram esse viés. O que seria uma ótima oportunidade, pois as abordagens sobre o assunto não contemplam essa linha de discussão e sim mais generalista. Isso permitiria, como já dito anteriormente, uma nova compreensão de conceitos já existentes na estrutura cognitiva dos estudantes [3].

## Referências

- [1] W.Adams, S.Reid, R.Master, S.B.McKagan, K.K.Perkins, M. Dubson, C.E.Wieman. A Study of Educational Simulation Parte IEngagement and Learning .disponível em http://www.phet.colorado.edu.
- [2] http://www.phet.colorado.edu/greenhouseeffect
- [3] P. Merieu. Aprender… sim, mas como?, Artmed-7ª edição:105-123, 1998.
- [4] M.Tolentino;R.C.R.Filho. A química no efeito estufa . Revista Química Nova Escola nº 8, novembro de 1998.

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