UMA EXPERIÊNCIA DIDÁTICA COM O USO DE TECNOLOGIAS NO ENSINO DE FÍSICA EXPERIMENTAL DIRIGIDA A LICENCIANDOS DE FÍSICA

## UMA EXPERIÊNCIA DIDÁTICA COM O USO DE TECNOLOGIAS NO ENSINO DE FÍSICA EXPERIMENTAL DIRIGIDA A LICENCIANDOS DE FÍSICA

## Leandro Paludo 1 , Eliane Angela Veit , Fernando Lang da Silveira 2 3

- 1 Universidade de Passo Fundo/Instituto de Ciências Exatas e Geociências, leandropaludo@upf.br
- 2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul/Departamento de Física, eav@if.ufrgs.br
- 3 Universidade Federal do Rio Grande Do Sul/Departamento de Física, lang@if.ufrgs.br

## Resumo

Há décadas pesquisas e diretrizes educacionais no ensino de Física apontam que nós, professores, devemos diversificar as estratégias e metodologias de aprendizagem, nos apropriando e utilizando diferentes recursos didáticos a fim de proporcionar um ensino de Física mais plausível, que conduza a uma aprendizagem significativa por parte dos alunos. Preocupados com essa questão e com a formação dos futuros docentes, iniciamos um projeto junto ao curso de Licenciatura em Física da Universidade de Passo Fundo, com o objetivo central de: i) conduzir os licenciandos à reflexão e discussão sobre as tecnologias na sociedade versus seu uso nas escolas e suas potencialidades como ferramenta para levar os alunos a atingirem várias das habilidades e competências previstas nos PCN+; ii) torná-los ativos na aprendizagem de Física com o uso de computadores; iii) reconhecer a importância do suporte de um modelo teórico na realização de atividades experimentais, assim como para a compreensão das representações dos sistemas físicos em simulações e animações computacionais. Neste trabalho descrevemos a primeira experiência didática realizada no âmbito deste projeto, na qual os alunos desenvolveram de modo parcialmente autônomo, seis atividades envolvendo o uso de recursos computacionais: simulações e modelagem computacionais, análise de dados com planilhas eletrônicas, aquisição de dados a partir da análise de vídeos e de recursos que fazem parte de qualquer computador como, microfone e a placa de som, e o compartilhamento online de dados. Com o trabalho em grupo e a participação ativa de todos os envolvidos, os alunos superaram algumas dificuldades e conseguiram atingir os objetivos propostos. Os resultados indicam grande interesse e entusiasmo por parte dos alunos e autores deste trabalho em dar sequência neste projeto.

Palavras-chave : tecnologias no ensino de física, modelagem de sistemas físicos, aquisição automática de dados, videoanálise.

## Introdução

Sabe-se que a educação brasileira e de outros países enfrenta, há muitos anos, inúmeros problemas de natureza social, política, ideológica, econômica e cultural (REZENDE, 2002), em todas as áreas e níveis, requerendo, pois, esforços diversificados para solucioná-los. Em relação à sala de aula, tem sido consensual a ideia de que é necessário variar os métodos de ensino, dando preferência àqueles em que o aluno é um agente ativo, assumindo responsabilidades sobre a sua própria aprendizagem (ex., BORGES, 2002; ARAUJO e MAZUR, 2013). Neste sentido, vários autores defendem o uso de computadores como um dos recursos que podem dar nova dinâmica à sala de aula de Física (FIOLHAIS e TRINDADE, 2003; MEDEIROS e MEDEIROS, 2002; DORNELES, ARAUJO e VEIT, 2012).

As potencialidades e diversidade de uso de computadores nas aulas de Física adquiriram nova dimensão no final do século passado (MEDEIROS e MEDEIROS, 2002), especialmente pelo aparecimento de processadores mais potentes, maiores capacidades gráficas, acessibilidade de compra tanto nas escolas como nos lares, desenvolvimento da internet e pela sua portabilidade, conforme argumentação de Fiolhais e Trindade (2003). Mas a verdadeira possibilidade de revolução ocorreu com a introdução da Web 2.0, que facilitou e deu nova velocidade às formas de publicação, compartilhamento e organização de informações, ampliando especialmente os espaços para a interação entre os participantes do processo (SOUZA, OLIVEIRA, BENITE e BENITE, 2012).

Apesar dos avanços tecnológicos de nossa sociedade estarem presentes nas escolas, na medida em que, cada vez mais, os alunos dispõem de celulares, smartphones , tablets e netbooks que desempenham funções semelhantes às de um computador, tais recursos ainda são minimamente utilizados como ferramenta para auxiliar na aprendizagem significativa de Física.

Em síntese, sabe-se que os recursos digitais de informação e comunicação podem servir como auxílio para conduzir os alunos a uma aprendizagem significativa, porém, ainda é preciso envidar muitos esforços na formação de professores que venham a ser capazes de responder a essas demandas e na criação de materiais e estratégias didáticas com esse fim.

Preocupados com essas questões, iniciamos um projeto voltado para alunos 1 do curso de Licenciatura em Física da Universidade de Passo Fundo (UPF), com a finalidade de: i) conduzir os licenciandos à reflexão e discussão sobre as tecnologias na sociedade versus seu uso nas escolas e suas potencialidades como ferramenta para atingir várias das habilidades e competências previstas nos PCN+; ii) torná-los ativos na aprendizagem de Física com o uso de computadores; iii) reconhecer a importância do suporte de um modelo teórico na realização de atividades experimentais, assim como para a compreensão das representações dos sistemas físicos em simulações e animações computacionais.

Neste trabalho focamos nas atividades que visam atingir os objetivos ii) e iii), acima discriminados, desenvolvidas em uma experiência didática realizada com acadêmicos do Curso de Licenciatura em Física da Universidade de Passo Fundo (RS). Na sequência, apresentamos, resumidamente, as atividades propostas aos alunos, relatamos sucintamente a maneira como ocorreu à experiência didática.

## Atividades e recursos computacionais propostos

Dentre as várias possibilidades de aplicação do computador no ensino (FIOLHAIS e TRINDADE, 2003; ARAUJO, VEIT e MOREIRA, 2004; MARTINS e GARCIA, 2010; BETZ e RIBEIRO-TEIXEIRA, 2012) optamos por aquelas que consideramos mais relevantes e indispensáveis para o ensino de Física quando se pretende promover perspectivas apregoadas pelos Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio, assim como atender às diretrizes e resoluções que normatizam os cursos de licenciatura em Física no Brasil. Por isso, optamos por atividades que envolvem o uso de planilhas eletrônicas; simulações e modelagem

computacionais; análise de vídeos; aquisição automática de dados; e compartilhamento online de dados.

Com a execução das atividades, pretendíamos dar subsídios para que os alunos conhecessem essas ferramentas computacionais e se apropriassem minimamente de seus recursos para resolver problemas de Física, vivenciando algumas de suas potencialidades em sala de aula e em conjunto com o laboratório didático de Física. Também pretendíamos levá-los a refletir sobre a construção dos modelos teóricos usados para descrever os fenômenos sob análise. Em que teoria se amparam? Quais os objetos levados em consideração? Quais a idealizações assumidas? Enfim, questões indispensáveis quando se pretende modelar um sistema físico (BRANDÃO, ARAUJO, VEIT, 2008).

Optamos por conteúdos curriculares que fizessem parte da estrutura curricular dos primeiros semestres do curso de Física e dos conteúdos previstos pelos PCN+, pois a experiência didática envolveria também alunos dos primeiros semestres.

Para realizar as atividades, além dos computadores, foram utilizados softwares e materiais de baixo custo disponíveis na instituição. Uma síntese das seis atividades realizadas constam no Quadro 1 e são sucintamente apresentadas na sequência. Para cada uma delas criamos um guia de atividade para os alunos, que não se constituíam em roteiros fechados, com começo, meio e fim préestabelecidos. Resumiam-se a dar orientações gerais, apresentando o objetivo da atividade, os materiais à disposição dos alunos e questionamentos a respeito do fenômeno físico em estudo.

Quadro 1 - Atividades, materiais utilizados e objetivos gerais.

Indução eletromagnética

Software Audacity, computador equipado com microfone, canos de PVC de 20 e 25 mm de diâmetro, fio de cobre esmaltado, plug (ou plugue) do tipo P2 mono, ferro de solda do tipo pistola e imãs de neodímio.

- · Realizar diferentes experiências de indução eletromagnética utilizando materiais de baixo custo e um computador para capturar e analisar os dados.
- · Desenvolver habilidades interpretação de gráficos, de organização e compartilhamento de dados experimentais e de análise de gráficos.

Atividade 1 - Os alunos inicialmente exploram livremente, de acordo com seus interesses, simulações sobre fenômenos físicos disponíveis em sites e repositórios nacionais e internacionais. Em um segundo momento, o desafio proposto é que a exploração seja realizada criticamente, procurando identificar possíveis erros conceituais, representações distorcidas da realidade, exageros nas representações, falta de coerência e quaisquer outros problemas que os alunos sejam capazes de reconhecer. No terceiro momento os problemas detectados são apresentados ao grande grupo.

Atividade 2 -Para realizar a análise de um movimento retilíneo uniformemente variado, os alunos devem planejar e executar uma experiência com um rolete (formado por um disco soldado a um eixo de metal) que se move sobre um trilho (haste metálica com duas canaletas). O desafio proposto é o uso de uma planilha eletrônica para a análise de dados.

Atividade 3 - Na análise do movimento de translação de diferentes roletes (formados por discos com diferentes diâmetros soldados a eixos de metal idênticos) sobre o mesmo trilho da Atividade 2, os alunos devem planejar e executar o experimento. O desafio é a coleta de dados em situações tais que pelo menos um dos roletes se move tão rapidamente que a tomada de dados manuais é muito difícil.

Atividade 4 - A proposta é que os alunos trabalhem em grupos inicialmente discutindo e definindo os aspectos envolvidos na modelagem do rolete sobre o trilho como: questão foco, os referentes do modelo, as grandezas físicas envolvidas, as idealizações e as relações teóricas derivadas de uma teoria. Posteriormente, sugere-se que construam coletivamente, sob a coordenação do professor, um modelo para descrever os movimentos investigados nas atividades anteriores.

Atividade 5 - O desafio é identificar qual a melhor maneira de percutir uma barra metálica a fim de obter os dados necessários para determinar a rapidez de propagação do som desse material. Utilizando o software Audacity os alunos realizam a aquisição dos dados a partir da gravação e análise do som produzido em cada barra. Os alunos são orientados a determinar a rapidez de propagação para cada barra a partir dos dados coletados pelos diversos grupos e compartilhados em uma planilha eletrônica online .

Atividade 6 -Os alunos serão orientados a construir um dispositivo experimental que consiste em: construir com o fio de cobre, próximo a cada extremidade de um cano de PVC, uma bobina (diversas espiras agrupadas de modo compacto) e soldar nas extremidades do fio o plug P2 mono. Com este dispositivo e alguns imãs, os alunos identificam o fenômeno físico envolvido quando ocorre o movimento de um imã ao longo do cano. O desafio consiste em interpretar, a partir dos gráficos gerados pelo software Audacity, o sinal capturado, e através de várias análises, identificar quais grandezas físicas influenciam na intensidade deste sinal.

## Experiência didática

As atividades foram desenvolvidas em sete encontros, realizados à tarde, entre os meses de setembro e dezembro de 2013. Participaram 16 acadêmicos do curso de Física e quatro professores da rede estadual que participam do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID). Em cada encontro foram realizadas atividades no laboratório de informática e em um dos laboratórios de Física da instituição.

Uma vez distribuído para os alunos o Guia de Atividade do Aluno (GAA), eles se organizavam em pequenos grupos e passavam a trabalhar conforme o seu interesse, definindo seus métodos e estratégias para atingir os objetivos, assim como podiam decidir quais materiais disponíveis usariam. Em nenhum momento os alunos foram constrangidos a seguir o GAA. Em caso de dúvidas, poderiam recorrer ao professor (primeiro autor deste trabalho).

A fim de melhorar nossa prática pedagógica e avaliar o andamento de nosso projeto, solicitamos que ao final de cada atividade, os alunos entregassem um pequeno relatório com os seus resultados (dados coletados e sua análise, gráficos e representações, respostas para as questões sugeridas...). Com a análise deste material, foi possível avaliar o nível de interesse dos alunos e o aprendizado sobre o fenômeno físico em estudo, além de identificar suas dificuldades.

Atividade 1: Cada aluno explorou as simulações individualmente. Dos dezesseis alunos, treze conseguiram identificar pelo menos uma simulação com algum problema em um dos aspectos acima listados e apresentaram-no para o grande grupo. Dez deles avaliaram simulações distintas e os outros três acrescentaram algo sobre alguma dessas simulações. Durante as apresentações, o clima foi muito descontraído devido aos exageros verificados em algumas representações. Esta atividade serviu de alerta sobre a atenção que um professor precisa ter ao selecionar criteriosamente as simulações a serem usadas, assim como a importância de tomar cuidado aos construir representações dos fenômenos físicos. Destacamos alguns problemas apontados pelos alunos . 2

Em certa simulação, os alunos notaram o exagero na quantidade das cargas elétricas geradas pelo simples atrito dentre o pé de um homem e um tapete, e, também, o exagero no comprimento e intensidade da descarga elétrica quando a mão deste homem se aproxima da fechadura da porta. Os alunos também destacaram uma representação inconsistente no modelo elaborado para representar as ondas de rádio e campos eletromagnéticos gerados em uma antena de rádio, pois é possível agitar um único elétron na antena emissora para gerar as ondas de rádio, e o comprimento das ondas formadas é da ordem de metros. Em outra simulação sobre ressonância os alunos ressaltaram que era possível 'desligar' a gravidade e destacaram como ponto positivo que a simulação apresenta as unidades das grandezas físicas que podem ser alteradas.

Atividade 2 : Em grupos e utilizando o cronômetro do celular e uma régua 3 graduada existente no trilho, os alunos anotaram as posições do rolete para diversos valores do tempo. Os dados foram, então, organizados na planilha eletrônica, e fazendo os cálculos na própria planilha, cada aluno determinou o deslocamento, o tempo ao quadrado, a velocidade média e instantânea do rolete. Nesta etapa, sugerimos que a aceleração do rolete fosse determinada a partir da declividade da reta dos gráficos do deslocamento contra o tempo ao quadrado e da velocidade instantânea contra o tempo. Foi possível perceber grande interesse por parte dos alunos e professores de ensino médio, mas alguma dificuldade, especialmente dos professores que necessitaram de auxílio para escrever as equações nas células da planilha eletrônica e na elaboração dos gráficos. Também houve dificuldade para compreender como calcular a velocidade média e instantânea, e a representação gráfica dessa.

Atividade 3: Em grupos os alunos responderam algumas questões iniciais e expuseram suas respostas ao grande grupo. Com os materiais disponíveis, cada grupo realizou alguns testes e constataram que o movimento de um dos roletes ocorria em um intervalo de tempo pequeno impossibilitando a coleta manual dos dados. Questionados sobre possibilidades de aquisição dos dados para aquela situação, vários alunos sugeriram a filmagem do movimento ou a utilização de algum tipo de sensor. O movimento de cada rolete foi, então, filmado e, posteriormente, analisado no software Tracker . No laboratório de informática, cada aluno trabalhou 4 em um computador para realizar a aquisição e a análise dos dados a partir dos três vídeos produzidos. Mesmo com uma explicação sobre as ferramentas básicas do software Tracker, muitos alunos tiveram dificuldade: i) em determinar qual seria o primeiro quadro da filmagem a ser considerado; ii) no posicionamento do eixo de referência; iii) na calibração do software de acordo com a medida informada no vídeo.

Atividade 4: Após intensas discussões nos pequenos grupos, todos apresentaram suas sugestões ou complementaram as exposições dos demais. A maior parte dos alunos realizou anotações sobre os modelos elaborados. Foi notória a valorização que conferiram à atividade, como constatado, por exemplo, nos seguintes depoimentos:

'Nunca imaginei fazer isso para uma atividade prática, sempre começamos com a coleta de dados sem saber ao certo o que queremos, ou seguimos o que os professores mandam. Achei bem legal e tínhamos que ter feito antes de iniciarmos com a atividade do rolete.'

'Se fizermos isso aqui antes, fica mais fácil entender os gráficos, as grandezas não ficam sem unidade, e se fosse um relatório qualquer um entenderia, gostei apesar de achar difícil.'

'Isso toma tempo, mas assim que se aprende. Esta parte de energia nunca tinha visto e não iria saber responder caso alguém tivesse me questionado sobre o movimento de diferentes roletes'.

'Considero de extrema importância fazer estas considerações antes de iniciarmos uma atividade experimental, os objetivos ficam mais claros'.

Atividade 5: Os alunos mostraram muito entusiasmo e facilidade na utilização do software Audacity. A única dificuldade encontrada foi na determinação do comprimento de onda formado no primeiro e segundo modo normal de vibração. Para auxiliá-los, várias representações das ondas estacionárias formadas nas barras foram feitas pelo professor no quadro branco. Os dados obtidos pelos grupos foram compartilhados em uma planilha eletrônica, e a partir deles, os grupos determinaram a rapidez da propagação do som para cada material, cujos valores determinados condizem com a bibliografia.

Atividade 6: Algumas experiências sugeridas foram feitas pelos alunos utilizando uma bússola, uma pilha e um ferro de soldar, assim como responderem algumas questões a respeito do que estavam observando. Na sequência construíram o dispositivo experimental e outras experiências foram sugeridas, utilizando também os ímãs e o computador. Após, trabalharam em grupo e identificaram as variáveis que interferem na intensidade da corrente induzida gerada na bobina como: número de espiras da bobina, rapidez da variação do fluxo magnético, módulo do campo magnético e área da espira. Eles levaram certo tempo para estabelecerem os procedimentos necessários para analisar todas as variáveis envolvidas, mas todos os grupos conseguiram fazer as comparações esperadas.

## Considerações e conclusões

Apresentamos neste trabalho resultados parciais de uma experiência didática realizada com alunos do curso de Licenciatura em Física da UPF. Nas seis atividades propostas, os alunos tiveram a oportunidade de estudar diferentes conteúdos utilizando o computador como ferramenta na aquisição e análise dos dados experimentais. As atividades desenvolvidas são simples, e não exigem a construção de circuitos ou sistemas complexos para a aquisição dos dados porque foram utilizados como sensores os próprios recursos do computador.

Apesar de a aplicação ter ocorrido com alunos heterogêneos quanto ao nível que se encontram no curso, em grupos, e com muita troca de conhecimentos, os alunos elaboraram com alguma autonomia, metodologias para realizar as atividades, exploraram os fenômenos físicos em estudos e determinaram as grandezas físicas envolvidas através de diversas representações, gráficos, tabelas e imagens, apresentando resultados satisfatórios.

Em alguns momentos estendemos o tempo de apresentação dos resultados para que as respostas fossem elaboradas com maior embasamento e pudessem ser revisadas. Na atividade três, não conseguimos realizar a análise da conservação de energia como estava previsto em nosso objetivo, devido ao pouco tempo disponível para realizar as outras atividades.

Diante da participação e interesse dos alunos e professores, podemos destacar que a experiência se mostrou de grande valia, sendo que no próximo semestre, fomos convidados a desenvolver novas atividades em diferentes contextos do curso de Física. Desta forma, esperamos ter contribuído mesmo que modestamente, na formação de nossos futuros professores de Física, despertando o

interesse pela utilização das tecnologias de informação e comunicação como ferramenta didática em sala de aula e em conjunto com o laboratório de Física e pela investigação científica, oportunizando um olhar crítico a cerca das representações, e dos modelos de sistemas físicos.

## Referências

ARAUJO, I. S.; MAZUR, E. Instrução pelos colegas e ensino sob medida: uma proposta para o engajamento dos alunos no processo de ensino-aprendizagem de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Florianópolis, v. 30, n. 2, p. 362384, ago., 2013.

ARAUJO, I. S.; VEIT, E. A. e MOREIRA, M. A. Uma revisão da literatura sobre estudos relativos a tecnologias computacionais no ensino de Física. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências , v. 4, n. 3, p. 5-18, 2004.

BETZ, M. E. M. e RIBEIRO-TEIXEIRA, R. M. Material instrucional apresentando conteúdos de métodos computacionais para o ensino de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 29, n. Especial 2, p. 787-811, 2012.

BRANDÃO, R. V.; ARAUJO, I. S. e VEIT, E. A. A modelagem científica de fenômenos físicos e o ensino de física. Física da Escola , São Paulo, v.9, n.1, 2008.

BRASIL. Lei Nº 9.394, de 20 de dezembro de 1996. Diretrizes e Bases da Educação Nacional. Brasília: Editora do Brasil; MEC.

\_\_\_\_\_. Secretaria de Educação Média e Tecnologia. PCN+ Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: Ministério da Educação, Secretária da Educação Básica, 2002.

\_\_\_\_\_. Parecer CNE/CES 1.304/2001. Diretrizes Nacionais Curriculares para os Cursos de Física. Brasília: Ministério da Educação, 2001.

BORGES, Tarcísio. Novos rumos para o laboratório escolar de ciências, Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Florianópolis, v. 19, n. 3, p. 291-313, dez., 2013.

DORNELES, P. F. T., ARAUJO, I. S., VEIT, E. A. Integração entre atividades Computacionais e experimentais Como recurso instrucional no ensino de Eletromagnetismo em física geral. Ciência & Educação . Bauru, v. 18, n.1, p. 99122. 2012.

FIOLHAIS, C. e TRINDADE, J. Física no Computador: o Computador como uma Ferramenta no Ensino e na Aprendizagem das Ciências Físicas. Revista Brasileira de Ensino de Física , São Paulo, v. 25, n. 3, p. 259-272, 2003.

MARTINS, A. A. e GARCIA, M. N. D. Ensino de Física e as novas tecnologias da informação e comunição: uma análise da produção recente. V Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências , 2010. Disponível em: <http://www.nutes.ufrj.br/abrapec/viiienpec/resumos/R0529-1.pdf>. Acesso em 04 abr. 2014.

MEDEIROS, A e MEDEIROS, C. F. de. Possibilidades e limitações das simulações computacionais no ensino da Física. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 24, n. 2, p. 77-86, 2002.

REZENDE, F. As novas tecnologias na prática pedagógica sob a perspectiva construtivista. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências , v. 2, n. 1, p. 75-98, 2008.

SOUZA, P. A. L. de; OLIVEIRA, G. S.; BENITE, C. R. M.; BENITE, A. M. C. Estudos sobre a ação mediada no ensino de física em ambiente virtual. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 29, n. Especial 1, p. 420-447, 2012.