LABORATÓRIOS VIRTUAIS NO ENSINO DE FÍSICA

## LABORATÓRIOS VIRTUAIS NO ENSINO DE FÍSICA

Herbert Alexandre João , Jerusha Mattos Câmara , Ellen Rosim de Vicente 1 2 3

- 1 Universidade Federal de São Carlos/ Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Exatas (PPGECE), Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET), herbert@ifsc.usp.br
- 2 Universidade de São Paulo/Instituto de Física de São Carlos, jemattos@hotmail.com

## Resumo

A experimentação no ensino de Física, apesar de facilitadora da aprendizagem, é pouco explorada por diversos fatores. Os laboratórios virtuais são opções viáveis ao ensino experimental, mas pouco conhecidos pelos professores no ensino básico e superior que, ao utilizarem recursos virtuais, optam por vídeos e simuladores em detrimento de softwares. A proposta deste trabalho é apresentar as principais vantagens e formas de uso deste recurso, levantando pontos fundamentais como propostas de avaliação destes objetos educacionais e projetos pilotos de aplicação. A proposta do uso de laboratórios virtuais não é substituir os laboratórios reais, mas sim complementá-los. Nos casos onde não há laboratório físico, ter uma forma alternativa de experimentação, possibilitando a oportunidade de ensinar os alunos habilidades para resolver problemas, gerar criatividade, é fundamental, inclusive porque estes softwares permitem a vivência de experiências, além de serem úteis como complementação aos laboratórios reais. Assim, espera-se que a discussão contribua para fomentar a utilização dos laboratórios virtuais, já que possibilitam flexibilidade de uso, podendo ser utilizado em qualquer lugar e a qualquer momento, nas modalidades de ensino presencial e a distância, para a aprendizagem de alunos ou na formação de professores.

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Palavras-chave : Laboratório Virtual; TIC; Ensino de Física.

## 1. Introdução

A experimentação no ensino de Física é um tema recorrente na educação brasileira. Isso porque é indiscutível seu benefício na aprendizagem e interesse dos alunos pela disciplina. Sempre que este tópico entra em discussão surgem todos os problemas e as condições de contorno que interferem, significativamente, na implantação de programas, sejam pela infraestrutura deficiente, falta de recursos, equipamentos, suporte técnico e de recursos humanos ou pela formação do professor que, diga-se de passagem, na maioria das vezes não é em Física ou não contemplou disciplinas práticas, deixando uma lacuna e insegurança neste que é o agente responsável pela implementação do que se discute na academia. Inovações curriculares, especialmente, para a inserção do ensino de Física Moderna e Contemporânea sempre trazem os modelos e analogias como facilitadores e a experimentação como forma de comprovar os conteúdos, seja ele via demonstração experimental ou mão na massa, este último preferido da maioria dos especialistas e preterido pelos professores.

Dentro desta perspectiva, Bottentuit Junior e Coutinho (2006) afirmam que a criação dos laboratórios virtuais nasceu da necessidade do uso dos laboratórios em tempo real, ou seja, permitindo o acesso a qualquer hora do dia e por um grande número de pessoas, visto que um único experimento pode ser partilhado por

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dezenas de pessoas, além disso, quando se leva em consideração os custos na utilização de um laboratório real torna-se, em muitos casos, bastante caro para as empresas ou instituições.

Callaghan et al (2008) frisam, também, que trabalhar a teoria conjuntamente com atividades práticas é um componente de fundamental importância para que ocorra a aprendizagem significativa. De acordo com os autores, a utilização de laboratórios virtuais com estudantes a distância do curso de engenharia deve ser defendida, pois acreditam que a web somada a estratégias de aprendizagem eficientes possibilitam métodos realísticos nas experiências práticas.

Os laboratórios virtuais, diferentemente das animações e simulações, buscam a virtualização do laboratório real, sendo sua representação fiel, onde o usuário tem a possibilidade de interagir e participar ativamente, variando parâmetros, organizando a prática, realizando montagens experimentais, medidas e gráficos. Já que garantem ao aluno realizar suas atividades de laboratório virtualmente, superando as dificuldades de tempo e espaço, possibilitando, simultaneamente, o desenvolvimento de habilidades no uso de instrumentos e sistemas que imitam o real. Ainda, Dalgarno et al . (2009) confirmam a importância dos laboratórios virtuais de aprendizagem (LVA) no que tange a preparação dos estudantes para as sessões em laboratório real.

No Brasil, os laboratórios virtuais são pouco explorados, uma busca na principal base de dados Scielo denota o baixo índice de artigos sobre o tema laboratório virtual. Em pesquisa no dia 10 de julho de 2014 encontrou-se apenas 2 (dois) artigos relacionados ao ensino de conteúdos da física através de laboratórios virtuais, cujos títulos são: O laboratório virtual: uma atividade baseada em experimentos para o ensino de mecânica 1 e Atividades de modelagem exploratória aplicada ao ensino de física moderna com a utilização do objeto de aprendizagem pato quântico. 2

No primeiro artigo os autores constataram que a utilização do laboratório virtual com alunos de graduação, levou boa parte dos alunos a um bom nível de aproveitamento e rendimento acadêmico, a partir da instrução para a realização das atividades, foi possível perceber o envolvimento deles com os fenômenos que eram explorados. Demonstrando o potencial dos laboratórios virtuais como suporte às aulas teóricas.

A discussão do segundo artigo teve como foco a discussão do uso de um laboratório virtual aplicado ao ensino médio. Os resultados do estudo apontaram que o ensino mediado pelo laboratório, a partir da modelagem exploratória, mesmo não sendo uma ferramenta conhecida pelos alunos, revelou-se acessível ao ensino de alguns conceitos físicos. A interação dos alunos com o software resultou em uma aprendizagem significativa do fenômeno efeito fotoelétrico, com eficiente transposição didática dos conteúdos e o fortalecimento de mudanças conceituais.

Em maio de 2012 o diretor de Educação a Distância da Capes, João Carlos Teatini, concedeu entrevista ao programa NBR 'Entrevista da Empresa Brasil de Comunicação' e afirmou a necessidade e uso destes laboratórios, especialmente,

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Disponível

em:

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci\_arttext&pid=S1806-

11172013000400014&lng=pt&nrm=iso. Acesso em 10 de junho de 2014.

2 Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/rbef/v30n3/3501.pdf. Acesso em 10 de junho de 2014.

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como complemento aos laboratórios reais existentes no ensino presencial e na modalidade a distância (EaD).

A partir do exposto, o presente trabalho tem como objetivo discutir as vantagens dos laboratórios virtuais, formas de uso e apresenta exemplos desta modalidade em estudo.

## 2. Desenvolvimento

## 2.1. Vantagens dos laboratórios virtuais e suas formas de uso

Uma solução atrativa para resolver muitos dos problemas de aprendizagem no ensino de física é utilizar softwares baseados em realidade física que permitam a reprodução fiel de experiências em laboratórios, incluindo a interação e variação de parâmetros. Woodfield e Catlin (2004) afirmam que pode se levantar três importantes vantagens de ter acesso aos laboratórios virtuais: o aumento de oportunidades de aprendizagem; melhoria do acesso a laboratórios de ensino; e, redução custos e efeitos ambientais.

Segundo os autores, as razões que demonstram que os laboratórios virtuais são necessários, pois auxiliam a: ensinar as técnicas da ciência; aplicar a teoria na prática; treinar a tomada de decisão; analisar e acessar dados; lidar com um mundo aberto; fazer ciência.

Anido e colaboradores (2001) afirmam que quando se proporciona ao aluno mais do que a simples observação de certo fenômeno, possibilitando a atuação na experiência de forma a controlar o processo a ser aprendido, o conhecimento é adquirido de forma mais rápida.

Além disso, apontam que alguns autores entendem que estes softwares podem ser usados como suplemento, preparação ou mesmo como substituição das experiências laboratoriais tradicionais e defendem que uma atividade virtual bem planejada e estruturada, com elevada interatividade, pode fornecer experiências laboratoriais com um maior significado cognitivo para o aluno do que uma experiência numa sessão laboratorial tradicional. Abaixo, no quadro 01, podem-se verificar algumas características e benefícios de um laboratório virtual.

Quadro 01: Características e benefícios do Virtual Lab Física

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Liberdade

Possibilidade de desenvolver experimentos inéditos, de autoria própria

Caso se deseje avaliar a qualidade e eficiência dos laboratórios virtuais ou objetos de aprendizagens virtuais pode-se utilizar como referência os critérios estabelecidos por LORI (Learning Object Review Instrument) , são eles: Qualidade 3 de conteúdo; Alinhamento das Metas de aprendizagem; Feedback e Adaptação; Motivação; Design de Apresentação; Usabilidade e interação; Acessibilidade; Reusabilidade; Conformidade com as normas.

Algumas formas de aplicação desses softwares são ensino laboratorial tradicional seguindo roteiro passo a passo; ensino por investigação, propondo a resolução de um problema; roteiro semiestruturado para superação de concepções alternativas a partir de questões (pré) pós-experimento; demonstração em sala de aula, ilustrando fenômenos físicos e conceitos mais abstratos.

Pode ser aplicado individualmente ou em grupos. Além de permitir a coleta de dados de forma que o aluno possa realizar experimentos qualitativos ou quantitativos.

## 2.2. Exemplos desta modalidade de estudo - Virtual Lab Física e PhET

Preocupados com ausência da experimentação no ensino de física, com o baixo interesse dos alunos pelas ciências básicas e com o desenvolvimento de habilidades e competências relativas à prática experimental, busca-se uma alternativa viável à educação enquanto o ensino prático não possua condições de ser amplamente utilizado.

Um dos objetos de estudo foi o Virtual Lab Física, criado na Brigham Young University, utilizado em várias instituições de ensino no mundo e disponibilizado no Brasil a partir de 2012, este laboratório virtual possui características muito próximas dos melhores laboratórios de ensino de Física.

Figura 1 : Tela de abertura do Virtual Lab Física

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3 Disponível em http://educacaoaberta.org/rea/wp-content/uploads/2011/04/gurko.pdf. Acesso em: 10 de julho de 2014.

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Baseado em tabela de características e classificação dos objetos de aprendizagem sugerida por LORI e utilizada internacionalmente, foi realizada uma pré-avaliação com base nos critérios estabelecidos para, posteriormente, propor e implantar o uso de laboratórios virtuais em uma escola pública estadual na cidade de São Carlos/SP. Além disso, desde 2012, esta ferramenta tem sido utilizada por um dos autores deste trabalho na formação continuada de professores, em palestras, sendo adotado em escolas de nível básico e universidades, especialmente, na modalidade a distância, esses seriam alguns exemplos de uso dos laboratórios virtuais em modalidades e níveis de ensino.

- O software, também, foi aplicado a alunos matriculados em disciplinas experimentais de Física na Universidade de São Paulo, no campus de São Carlos, onde tal laboratório permitiu ampliar o número de experimentos realizados, possibilitando ao aluno um melhor preparo na escrita de pré-relatórios e antes de realizar experimentos práticos, tornando os conteúdos e fenômenos o foco da aprendizagem em detrimento dos procedimentos experimentais. Permitiu também que os alunos repetissem práticas já realizadas, seja para verificação ou para estudo, buscando uma melhora no aprendizado.

Outro exemplo de objeto de aprendizagem é o Kit de Construção de Circuito (DC) - Laboratório Virtual , que permite realizar experimentos de eletricidade básica. 4 O software é disponibilizado gratuitamente no site e que dispõe, também, de planos de aula, questões prévias e de avaliação, sugestões de aplicação, além de depoimentos de professores.

Figura 2 : Site para download do Kit de Construção de Circuito (DC) - Laboratório Virtual

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Estes laboratórios virtuais possuem grande flexibilidade de uso, podendo ilustrar aulas teóricas, sendo utilizado como demonstração experimental por professores, mas sugere-se fortemente que os alunos possam manipular tais ferramentas. Por permitir grande interatividade, possibilitando a realização de

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experimentos aleatórios ou roteirizados, permitindo erros e medidas experimentais, os laboratórios virtuais possibilitam a determinação de grandezas físicas, constantes fundamentais e auxiliam na superação de concepções alternativas, na construção de conceitos e compreensão da prática e metodologia científica.

## Considerações finais

A proposta do uso de laboratórios virtuais não é substituir os laboratórios reais e sim complementá-los e, nos casos onde não há laboratório físico, ter uma forma alternativa de experimentação. É fundamental disseminar entre os professores o conceito de laboratório virtual e diferenciá-lo de simples animações ou simuladores, que por sua vez, são limitados.

Possibilitando a oportunidade de ensinar aos alunos habilidades para resolver problemas, gerar criatividade, dado que estes softwares desenvolvem as suas próprias experiências, além de serem úteis como complementação aos laboratórios reais. Assim, espera-se que os estudos possam contribuir para fomentar a utilização dos laboratórios virtuais. Essas observações podem, inclusive, serem contatadas pelo relato dos resultados dos artigos encontrados no banco de dados do Scielo, denotando que o uso dessas ferramentas auxilia na aprendizagem significativa de alunos de graduação e da educação básica.

## Referências

ANIDO, L.; LLAMAS, M.; FERNÁNDEZ, M. J. Internet-based learning by doin . IEEE Education Society, vol. 44, no. 2, Maio, 2001.

BOTTENTUIT JUNIOR, J. B.; COUTINHO, C. Laboratories Based on Internet: comparative analyses of current experiences and development of a virtual laboratory . Proceedings of IV International Conference On Multimedia And Information And Communication Technologies In Education. 1284-1289, Vol II, Seville, 2006.

CALLAGHAN, M., J.; HARKIN, J.; MCGINNITY, T. M.; MAGUIRE, L. P. Client-se rver architecture for collaborative remote experimentation . Journal of Network and Computer Applications, Northland, v. 30, p. 1295-1308, set/2007.

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DALGARNO, B.; BISHOP, A. G.; ADLONG, W,; BEDGOOD JR., D. R. E ffectiveness of a Virtual Laboratory as a preparatory resource for

Distance Education chemistry students. Computers &amp; Education, v. 53, p. 853865, Mai/2009.

WOODFIELD, B. F.; CATLIN, H. R. Center for Instructional Design . Department of Chemistry and Biochemistry. Brigham Young University. Provo, Journal of Chemical Education, V. 81, n. 11, November, 2004. Disponível em: http//: www.JCE.DivCHED.org . Acesso em 10 de agosto de 2014.

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