ENSINO DE CIÊNCIAS ATRAVÉS DO DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE POR ESTUDANTES DO ENSINO MÉDIO

## ENSINO DE CIÊNCIAS ATRAVÉS DO DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE POR ESTUDANTES DO ENSINO MÉDIO

Marco André de Almeida Pacheco 1 , Wallace Luiz de Assis Barbosa 2.

1 Instituto Federal do Rio de Janeiro (IFRJ) campus Volta Redonda, marco.pacheco@ifrj.edu.br 2 IFRJ campus Volta Redonda /Licenciando em Física, wallace.celv@hotmail.com

## Resumo

No final dos anos 90 evidenciou-se uma maior disponibilidade às Tecnologias da Informação e da Comunicação (TIC's) dentro da sala de aula. Concordamos com Pires & Veit (2004) quando dizem que a presença dessas tecnologias no plano de aula do professor facilita o processo de ensino-aprendizagem do aluno. Com a crescente facilidade de acesso e aptidão do aluno pela tecnologia, surgem metodologias da utilização de software na sala de aula. Com o desenvolvimento de softwares foram criados websites, principalmente em inglês, mas também em português, autodenominados laboratórios virtuais, que possibilitam bom nível de interação com os experimentos virtuais. Entretanto, poucos laboratórios virtuais apresentam uma metodologia voltada para o ensino de Física. Assim surgiu este trabalho, que consiste no ensino de Física através do desenvolvimento de aplicativos (softwares) com modelagem matemática compatível com o ensino médio. Esse projeto foi desenvolvido concomitantemente com as aulas de Física I na turma do curso técnico em automação industrial do primeiro período de 2011 do IFRJ campus Volta Redonda. O trabalho foi apresentado na III SEMATEC SUL FLUMINENSE realizada no IFRJ campus Volta Redonda. Os alunos envolvidos no projeto tiveram aulas introdutórias de algoritmos e à linguagem de programação Java. Para o desenvolvimento dos softwares propostos os estudantes precisaram associar os conteúdos de Física, Matemática e Computação. Podese notar que os estudantes sentiram-se bastante entusiasmados durante todo o processo de desenvolvimento dos softwares e com o produto final obtido. Os estudantes continuaram a desenvolver programas para os auxiliarem no estudo de Matemática, indicando uma mudança de postura dos estudantes diante da tecnologia, onde deixaram de serem apenas consumidores para também serem desenvolvedores de tecnologia.

Palavras-chave : Ensino de Física, Laboratório Virtual, Desenvolvimento de Softwares, Easy Java Simulation.

## Introdução

O projeto surgiu no primeiro semestre de 2011 durante as aulas de Física I para o curso técnico em Automação Industrial do IFRJ campus Volta Redonda. A ideia inicial era organizar os alunos em pequenos grupos e dar-lhes liberdade para relacionar os conhecimentos estudados na disciplina de Física I com as demais áreas do saber. Dentro deste contexto um dos grupos de estudantes sugeriu integrar os conhecimentos de Física e Informática e este trabalho acabou convergindo para o desenvolvimento de softwares , onde integraram conhecimento de Física, Matemática e Computação. Este projeto evidenciou o poder motivacional da informática como ferramenta educacional, uma vez que os alunos envolvidos mostraram-se extremamente entusiasmados durante todo o processo de desenvolvimento dos softwares e com o produto final obtido, culminando com a apresentação de alguns destes na III SEMATEC SUL.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

A proposta era desenvolver softwares envolvendo conteúdo de mecânica com abordagem ao nível do ensino médio. Para dar início ao trabalho foram ministradas aulas introdutórias sobre algoritmos e sobre a linguagem de programação Java. A proposta articulava a utilização de conhecimentos das diversas disciplinas, além da Física em si, concretizando-se como um estudo interdisciplinar necessário ao desenvolvimento dos softwares . Sendo assim a proposta concorda com os Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio (PCNEM), que prevê a articulação entre as disciplinas para o desenvolvimento de instrumentos matemáticos de expressão e raciocínio:

'O desenvolvimento dos instrumentos matemáticos de expressão e raciocínio, contudo, não deve ser preocupação exclusiva do professor de Matemática, mas dos das quatro disciplinas científico-tecnológicas (Física, Biologia, Química e Matemática), preferencialmente de forma coordenada, permitindo-se que o aluno construa efetivamente as abstrações matemáticas, evitando-se a memorização indiscriminada de algoritmos, de forma prejudicial ao aprendizado. A pertinente presença da Matemática no desenvolvimento de competências essenciais, envolvendo habilidades de caráter gráfico, geométrico, algébrico, estatístico, probabilístico, é claramente expressa nos objetivos educacionais da Resolução. CNE/98.' (BRASIL, 2001, p.9).

Os softwares desenvolvidos pelos estudantes serão disponibilizados ao grande público. Pretende-se disponibilizar, além do produto final que está pronto para uso, o código fonte do programa de modo a auxiliar os demais estudantes, e quiçá professores, que queiram se aventurar neste projeto e desenvolver seus próprios softwares . Além disso, os softwares desenvolvidos poderão ser utilizados por professores em suas aulas como modo de enriquecê-las e estimular seus estudantes, contribuindo então para auxiliar o processo de ensino-aprendizagem de estudantes do ensino médio.

## Referencial Teórico

No estilo de vida contemporâneo, a informação vem tornando-se cada vez mais acessível na medida em que o acesso à internet tem se difundindo. Seja no lar, na escola ou nas lan houses a facilidade de acessibilidade à internet vem mudando a forma com a qual interagimos com a informação. A lógica com a qual o jovem contemporâneo lida com a informação transformou-se. Se antes do fim dos anos 90 a informação era linear, seguindo uma sequência de organização, atualmente o jovem navega através de hipertextos, pulando de texto em texto, seguindo uma ordem só sua. O jovem atual interage desde cedo com o controller do videogame, com o mouse do computador - é uma nova lógica de comunicação, onde o receptor interfere na mensagem, modificando-a, tornando-se co-emissor da mesma (Silva, 2010).

Estamos vivendo num momento de mudança paradigmática na comunicação, aonde cada vez mais a lógica da distribuição vem dando lugar a lógica da interatividade (Silva, 2010), transformando sujeitos receptores em sujeitos coautores do conhecimento. Reforçando este pensamento, temos nas palavras de Valente (1993), que:

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

'A mudança pedagógica que todos almejam é a passagem de uma Educação totalmente baseada na transmissão da informação, na instrução, para a criação de ambientes de aprendizagem nos quais o aluno realiza atividades e constrói o seu conhecimento.' (VALENTE, 1993).

A falta de motivação observada nos estudantes do Ensino Médio em disciplinas da área das Ciências da Natureza e Matemática, quando esses estão envolvidos com temas que fundamentam conceitos teórico-práticos, implica em grande dificuldade para o aprendizado desses conceitos. O desinteresse do aluno por parte da disciplina de física pode estar relacionado também com as concepções alternativas (Peduzzi, 2001) que os alunos carregam para a sala de aula. Sendo assim, o comprovado fracasso escolar relacionado com o Ensino de Ciências e Matemática, requer que sejam revisadas as práticas e as metodologias de modo a darem conta da motivação e do aprendizado do conhecimento por parte de nossos alunos. Na busca de uma nova visão sobre o ensino médio, os PCNEM (Brasil, 2001) propõem:

'Os objetivos do Ensino Médio em cada área do conhecimento devem envolver, de forma combinada, o desenvolvimento de conhecimentos práticos, contextualizados, que respondam às necessidades da vida contemporânea, e o desenvolvimento de conhecimentos mais amplos e abstratos, que correspondam a uma cultura geral e a uma visão de mundo. Para a área das Ciências da Natureza, Matemática e Tecnologias, isto é particularmente verdadeiro, pois a crescente valorização do conhecimento e da capacidade de inovar demanda cidadãos capazes de aprender continuamente, para o que é essencial uma formação geral e não apenas um treinamento específico'. (BRASIL, 2001, p.6).

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Um ambiente de aprendizado onde o professor utiliza as tecnologias de informação e comunicação (TIC's) , é capaz de estimular uma motivação nos 1 alunos. 'A motivação para o processo de aprendizagem é fundamental para que esta se efetue' (Trentin & Tarouco, 2002).

Compactuando com o pensamento de (Silva, 2010) que diz que 'Na sociedade do conhecimento de hoje o 'espaço escolar' é muito maior do que a escola' está nos planos criar um website para disponibilizar os softwares desenvolvidos pelos estudantes ao público geral, onde poderão interagir com os mesmos e também modificar o código-fonte, desenvolvendo novos softwares a partir dos softwares de base. O espaço virtual onde serão armazenados os softwares e seus respectivos códigos-fonte, permitindo a livre manipulação dos softwares disponibilizados ou modificando o código-fonte, constituirá Laboratório Virtual segundo a definição:

"...experimento sem verdadeiro laboratório com suas paredes e portas. Ele permite que o aluno faça a ligação entre o aspecto teórico e o prático, sem papéis e canetas. É eletronicamente programado em um computador para simular as experiências reais dentro de laboratórios reais." (HARRY & EDWARD, 2005).

O uso de software dentro de sala mostra que o professor está em uma tentativa de ministrar uma aula sedutora, mas o que temos visto acontecendo dentro das escolas é o professor fazendo uso desse artifício para ministrar uma aula completamente tradicional. Segundo Gowin (1981, p.81) 'o ensino se consuma quando o significado do material que o aluno capta é o significado que o professor pretende que esse material tenha para o aluno' e, durante o desenvolvimento dos softwares é possível acompanhar a significação que o conteúdo lecionado teve para o aluno.

Segundo Azevedo (2004) para uma atividade ser considerada de investigação o aluno deve refletir, discutir, explicar, relatar, e não só manipular e observar. Trabalhando com o desenvolvimento de softwares os alunos manipularam e observaram o comportamento do software desenvolvido e, tiveram a oportunidade de discutir resultados e metodologias e corrigir erros com seus pares e também com o professor da disciplina. Trentin & Tarouco (2002) dizem que 'o aluno é o principal agente na construção do seu conhecimento cientifico' e foi justamente este um dos objetivos deste trabalho: colocar o aluno como centro do desenvolvimento de seu próprio saber, com o professor mediando este processo.

## Contexto e Metodologia

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

O projeto foi desenvolvido na turma do curso técnico do primeiro período de Automação Industrial do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Estado do Rio de Janeiro - campus Volta Redonda. A missão do Instituto é fornecer uma educação integral com intuito de capacitá-lo como técnico de automação industrial e agente transformador da sociedade. O IFRJ oferece uma qualidade no ensino e busca formar alunos com valores humanos. Os estudantes ingressam no IFRJ através de seleção pública. A formação anterior dos estudantes recémingressos é bem diversificada por serem oriundos de escolas tanto públicas quanto privadas. Todavia, até o momento não foi observado estudante recém-ingresso com conhecimento prévio de linguagem de programação e, os conhecimentos de mecânica são bem elementares ou inexistentes. Observou-se que os alunos tinham bastante interesse por informática, indicando que as novas Tecnologias da Informação e Comunicação podem ser grandes aliadas no processo de ensino e aprendizagem.

O desenvolvimento dos programas de computador ( software ) foi feito utilizando a linguagem Java , que é uma linguagem compilada e amplamente 2 difundida devido ao fato de poder ser inserida dentro de páginas HTML. Os programas desenvolvidos com a linguagem Java e executáveis pelo browser são denominados applets .

Uma das principais características da linguagem de programação Java é a independência de plataforma, programas escritos nesta linguagem podem ser executados em qualquer sistema operacional e/ou dispositivo. Assim, computadores utilizando Windows, Linux ou alguma outra plataforma são capazes de executar o mesmo aplicativo desenvolvido em Java.

A linguagem conta ainda com boa documentação de suas bibliotecas. Tendo em consideração que os estudantes não são programadores e por sua vez a grande maioria têm no inicio uma dificuldade em desenvolver um software com interface gráfica, após o aprendizado dos fundamentos da linguagem Java e com o auxilio da documentação das bibliotecas da linguagem, os estudantes começam a ter uma facilidade com a linguagem e por sua vez uma facilidade no desenvolvimento dos softwares . Os softwares foram desenvolvidos utilizando o Easy Java Simulations 3 (EJS) (Figueira, 2005), que é um programa feito em Java que auxilia não programadores a desenvolverem softwares em Java.

Para avaliar se o aluno realmente aprendeu o conteúdo de mecânica satisfez o software ser funcional, poderia ser o mais simples possível, porem que o software não apresentasse nenhum desvio do conteúdo que lhe foi ministrado. Por exemplo, quando a opção do aluno foi pelo software de lançamento obliquo, o lançamento do objeto com angulação de 45º com o solo, deveria ser o lançamento de maior alcance, entre outros detalhes.

## Resultados

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Foram desenvolvidos aplicativos abordando movimento retilíneo onde é possível inserir parâmetros como posição inicial, velocidade inicial e aceleração do móvel. Além da exibição de uma animação o software mostra os gráficos horários.

Figura 1: software para análise de movimentos retilíneos.

<!-- image -->

O grupo também elaborou um aplicativo sobre trajetória balística, onde é possível inserir valores de velocidade inicial, ângulo e altura de lançamentos. O aplicativo exibe a trajetória do projétil, bem como o vetor velocidade instantânea e suas projeções ortogonais. Também é possível visualizar os gráficos da energia cinética, energia potencial gravitacional e energia mecânica em funções da posição.

Figura 2: Aplicativo para estudo de trajetória balística.

<!-- image -->

## Conclusão

Os estudantes pesquisaram os fundamentos dos temas propostos (movimento em trajetória retilínea, queda livre, trajetória balística, energia, entre outros) aprofundando o conhecimento dos mesmos. Através de acompanhamento feito junto aos estudantes durante esse processo, verificou-se que o desenvolvimento dos aplicativos deixou-os motivados em relação à Física e

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

melhorou consideravelmente o aprendizado dos conteúdos propostos neste projeto. Um grande destaque deve ser dado ao fato de um dos estudantes ter espontaneamente desenvolvido um programa para estudar parâmetros de funções seno e cosseno, de modo a auxiliá-lo no estudo de Matemática. É fato que existem inúmeros aplicativos já desenvolvidos sobre esse e outros conteúdos abordados no ensino médio, muitos facilmente acessíveis aos estudantes. Todavia, o aspecto que deve ser exaltado, nesse projeto de pesquisa, é a mudança da forma com a qual os estudantes se relacionam com a tecnologia: se antes eram meros usuários e consumidores, passaram a desenvolver tecnologia, ou seja, introduz-se a condição de pesquisa, investigação e desenvolvimento, porque não dizer de inovação, de processos que podem auxiliar o aprendizado dos conteúdos encontrados nos currículos do ensino médio.

## Referências

AZEVEDO, M. C. P. S. Ensino por investigação: Problematizando as atividades em sala de aula. In: CARVALHO, A. M. P.(org.) Ensino de ciências. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, (2004) p. 19-33.

BRASIL, Ministério da Educação. Secretaria da Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: ensino médio. PCN+ Brasília, 2001. Disponível em: &lt;

http://portal.mec.gov.br/index.php?id=12598:publicacoes&amp;option=com\_content&amp;view =article&gt; Acesso em: 5 de julho de 2012.

FIGUEIRA, Jalves S.; Easy Java simulations - Modelagem computacional para o ensino de física. Revista Brasileira de Ensino de Física, v.27, n. 4, p. 613 - 618. 2005.

GOWIN, D. B. Educating. Ithaca, N. Y. Cornell University Press. 1981.

HARRY, E. &amp; EDWARD, B. Making Real Virtual Lab . The Science Education Review. 2005.

MORAN, José Manuel . OS NOVOS ESPAÇOS DE ATUAÇÃO DO PROFESSOR COM AS TECNOLOGIAS. Revista Diálogo Educacional, vol. 4, núm. 12, maioagosto, 2004.

MOREIRA, Marco Antonio. Teorias de aprendizagem . São Paulo: EPU, 1999.

PEDUZZI, S. S, Concepções alternativas em Mecânica, In: PIETROCOLA, M. (org.), Ensino de Física: conteúdo, metodologia e epistemologia numa concepção integradora , Florianópolis: Ed. da UFSC, 2001.

PIRES M. A. &amp; VEIT E. A.(2004). Uma análise preliminar sobre o uso de tecnologias de informação e comunicação como meio de ampliar e estimular o aprendizado de física . IX Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física. Jaboticatubas/MG. Outubro de 2004.

SILVA, Adelina M. P. Processo de ensino aprendizagem na era digital. Universidade Aberta. Dezembro, 2010.

TRENTIN, Marco &amp; TAROUCO, Liane. Proposta de utilização de um laboratório virtual de física na melhoria do processo de ensino e aprendizagem. Informática na Educação: Teoria &amp; Prática. Porto Alegre. Novembro de 2002.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

VALENTE, J.A. 'Formação de Profissionais na Área de Informática em Educação'. In: J.A. VALENTE (org.), Computadores e Conhecimento: Repensando a Educação. Primeira edição, Campinas: NIED - Unicamp, pp. 114-134, 1993.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_