O uso do simulador Laboratório de Pêndulos (phet) como recurso para o ensino do Movimento Harmônico Simples.

## O USO DO SIMULADOR LABORATÓRIO DE PÊNDULOS (PHET) COMO RECURSO PARA O ENSINO DO MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES.

## Julio Cesar Gonçalves Damasceno 1 , Cristiano da Silva Buss , Luiz Fernando 2 Mackedanz 3 , Marco Aurélio Torres Rodrigues 4

- 1 Universidade Federal do Rio Grande/Instituto de Matemática, Estatística e Física/Mestrado Nacional Profissionalizante de Ensino de Física, juliocdamasceno@hotmail.com

- 3 Universidade Federal do Rio Grande/Instituto de Matemática, Estatística e Física/Mestrado Nacional Profissionalizante de Ensino de Física; Programa de Pós-Graduação de Educação em Ciências, luismackedanz@furg.br
- 4 Universidade Estadual do Rio Grande do Sul e Universidade Federal do Rio Grande/Instituto de Matemática, Estatística e Física/Mestrado Nacional Profissionalizante de Ensino de Física, profmarcotorresjbsegv@gmail.com

## Resumo

A tecnologia é onipresente em nossas atividades diárias. A economia, o comércio e mesmo as relações interpessoais foram fortemente afetadas por esta característica. Por esse motivo, levar a tecnologia para o espaço escolar e inseri-la na sala de aula, não deve ser vista como uma inovação, mas como um processo de atualização da prática didática. Nas áreas de Ciências, especialmente Física, temos uma dificuldade com a necessidade de abstração de conceitos e situações. Para auxiliar neste item, este trabalho fala sobre a utilização das Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) - especificamente o computador com os simuladores empregados como objetos de aprendizagem - no ensino de Física, em Mecânica. Aplicamos o simulador de Pêndulos do PHET para alunos do terceiro ano do Ensino Médio, de uma escola pública municipal da cidade de Pelotas - RS. Foi possível perceber que tal metodologia atendeu a todas as expectativas didáticopedagógicas, mostrando-se como uma excelente ferramenta para o ensino do Movimento Harmônico Simples.

Palavras-chave : Ensino de Física; Objetos de Aprendizagem; Movimento Harmônico Simples.

## Introdução

Vivemos um período de transformações no qual as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) estão cada vez mais presentes nas ações dos seres humanos. Assim, a necessidade de adaptação a elas é cada vez maior. Através destas transformações houve um encurtamento das distâncias, fazendo com que, por exemplo, a comunicação entre as pessoas seja cada vez mais rápida. Entretanto, cabe salientar a existência de um contraponto: o fato de estas transformações tecnológicas não atingirem as escolas, mais especificamente, a prática docente. Continuamos com as mesmas metodologias do passado. Salvo algumas exceções, usamos os mesmos instrumentos de avaliação, o mesmo currículo, ou seja, a escola não evolui. Nesse aspecto, Fino (2011) afirma que

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Durante décadas a fio, a escola que emergiu da modernidade manteve praticamente inalteráveis os seus processos, recorrendo quase exclusivamente às tecnologias associadas à leitura e à escrita para os suportar. (p.2)

Mediante tal percepção, alguns professores têm ousado mudar suas formas de atuação, apostando na adaptação ao uso das tecnologias ou, simplesmente, inserindo equipamentos eletrônicos dentro da sala de aula. No entanto, a utilização destas tecnologias, sem objetivos específicos delineados, pode não apresentar o resultado esperado. Ou seja, não adianta utilizarmos os recursos, se não houver embasamento que permita realmente realizar alguma mudança na prática docente.

É preciso refletir e entender, nesse momento, que a escola tem um alicerce baseado no sistema fabril, implantando desde as necessidades de educação em massa, ocorrida em meados do século passado. Tal constituição é histórica e, por isso, extremamente tradicional e arraigada. Talvez isso explique as dificuldades de quebra de paradigmas e evoluções no sistema de ensino atual. E estas acabam estampando nos nossos educandários o rótulo de educação antiga e ultrapassada.

Por isso, na tentativa de tornar o ensino moderno e adaptado ao nosso tempo, muitos professores acabam caindo no erro de simplesmente trazerem as TIC para dentro da sala de aula sem, contudo fazer uma devida reflexão sobre a aplicação dessas tecnologias como mediadoras e facilitadoras da aprendizagem. Tais atitudes são louváveis e merecem respeito e incentivo, pois a escola necessita de Inovações Pedagógicas. Ocorre que estas somente serão válidas e eficazes se promoverem um novo modelo, causando uma ruptura na forma de pensamento do professor e da escola. Ou seja, não adianta fazermos transformações curriculares e educacionais, se estas não ocorrerem na aula do professor, durante as suas atividades docentes e se os alunos não a levarem para fora dela (FINO, 2011), fazendo o professor passar de ator principal à coadjuvante, no processo educativo. Ele irá, assim, constituir uma condição pedagógica em que a aprendizagem passará a ocorrer de forma autônoma e reflexiva pelos próprios estudantes, de acordo com as suas vivências.

Esta transformação deve ocorrer aos poucos, pois conforme comentado anteriormente, a escola tem um caráter tradicional e estável. Em geral, mudanças bruscas tendem a ser rejeitadas pela comunidade escolar, a qual não está acostumada a sair ou abdicar dos métodos tradicionais de ensino. Por isso, as condições favoráveis a um ensino inovador devem partir, necessariamente, do professor. Ou seja, no primeiro momento, a transformação pedagógica ocorreria na célula, na unidade padrão - em se tratando da escola - na sala de aula. A partir daí, ter-se-ia condições de ampliação para toda a escola. A respeito disso Fino (2011) defende que:

A inovação pedagógica implica descontinuidade com as práticas pedagógicas tradicionais e consiste na atualização, em nível micro, de uma visão crítica sobre a organização e o funcionamento dos sistemas educativos (p.13).

Com o objetivo de apresentar novas formas de discussão de tópicos de Física, incrementado pela utilização das novas tecnologias da educação, pretendo com este trabalho mostrar uma abordagem para o ensino do Movimento Harmônico Simples (MHS), com a utilização dos Objetos de Aprendizagem (OA), valorizando a simulação, estimulando a criatividade e o raciocínio lógico. Na atualidade, os objetos de aprendizagem são considerados materiais importantes no processo de

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compreensão dos conteúdos, porque eles possibilitam simular, animar fenômenos e podem ser reutilizados em outros ambientes de aprendizagem.

## Referencial teórico

## Objetos de aprendizagem

Acompanhando o avanço tecnológico, a busca por metodologias alternativas para o ensino de uma forma geral, vem se tornando cada vez maior. Dentre as opções encontradas, destacamos o que chamamos de objetos de aprendizagem (OA). Os objetos de aprendizagem são recursos digitais, como por exemplo, simuladores, animações em Java e apresentação em Powerpoint , os quais podem ser reutilizados em vários ambientes de aprendizagem.

Podemos encontrar na rede mundial de computadores muitos locais onde localizamos inúmeros objetos de aprendizagem. Apenas para exemplificar alguns recursos de simulação, cito o Physics Education Tecnology (PHET), o comPADRE (biblioteca digital), o MERLOT (Multimedia Educational Resource for Learning and Online Teaching) e o Rede Interativa Virtual de Educação (Rived), do MEC, com livre acesso.

No caso específico da Física e deste trabalho, foram utilizados os objetos de aprendizagem encontrados no Phet. Estes recursos didáticos funcionam como um facilitador no processo de aprendizagem, podendo ser empregados no ensino presencial e no ensino a distância como apoio pedagógico para o professor.

Devemos dizer que não existe um consenso para a definição de objetos de aprendizagem. Mas fica muito nítido que os autores colocam em evidência a questão da 'reusabilidade' dos OAs (capacidade de ser utilizado por inúmeras vezes em diferentes contextos e realidades) e os indicam como ferramentas para serem empregados no processo de aprendizagem. Podemos, porém, adiantar que um OA deve apresentar uma finalidade educacional bem definida que estimule o pensamento, a imaginação e a criatividade por parte dos educandos e que sua utilização se amplie, não ficando apenas em uma situação.

Os objetos de aprendizagem apresentam algumas características que são comuns: reusabilidade, adaptabilidade, acessibilidade, interoperabilidade, granularidade, flexibilidade, durabilidade, além de serem atualizáveis (TAROUCO et al, 2003). Além destas características, devemos também destacar, que um OA deve ter vinculação com o mundo real, incentivando assim a experimentação e a observação dos fenômenos; ser interdisciplinar, favorecendo a ligação entre as várias áreas do saber; apresentar facilidade de manipulação, para que realmente possa ser incorporado à prática pedagógica do professor; ser interativo, para despertar o interesse do aluno, fazendo com que este se torne um cidadão crítico, autônomo e reflexivo.

Podemos encontrar os objetos de aprendizagem nos repositórios - local onde os OAs estão arranjados e disponíveis na Web. Estes repositórios promovem uma busca facilitada dos OAs. Tem seu funcionamento, como uma biblioteca, na qual os OAs são catalogados para tornar a busca rápida e competente. No Brasil, o BIOE - Banco Internacional de Objetos Educacionais, criado em 2008, conta com um número significativo de OAs. Nele, encontram-se disponíveis recursos digitais em diferentes formatos - áudio, vídeo, animação e simulação - ajustadas à realidade da comunidade educacional. Além desses repositórios, destacamos o

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PhET, com inúmeras simulações computacionais, de distintas áreas, sendo abundantemente empregado por professores e educandos em todo o mundo.

## Metodologia

Devido à sua extensão e pouca carga horária disponível à disciplina, é impraticável a apresentação de todos os conteúdos de Física do Ensino Médio em um nível adequado para a aprendizagem. Por isso, muitos professores optam por ensinar um ou outro conteúdo dentro de um contexto de importância para os alunos. Acreditamos que o ensino de Física de modo tradicional, nada acrescenta ao cotidiano dos estudantes, pois este se dá de forma abstrata, no qual o professor simplesmente transmite conhecimento aos educandos. Desta forma, a reflexão, a criatividade, a imaginação e a crítica, acabam ficando de lado (RICARDO, 2007).

O presente trabalho tem a proposta de apresentar mudanças à maneira de ensinar Física. Sendo assim, o cotidiano do aluno entra com ele para a sala de aula, onde ocorrerá a abordagem dos conteúdos. Desta maneira, o educando será instigado a pensar e desenvolver suas ações, contribuindo com uma pequena melhora na compreensão dos conteúdos desta disciplina. Foram escolhidos fenômenos simples, comuns ao cotidiano dos alunos, como por exemplo os movimentos do pêndulo de um relógio e do balanço em um parque de diversões. A partir daí foi apresentado o simulador, Laboratório de Pêndulos do Phet, que é encontrado em (https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulation/pendulum-lab). Este reproduz experiências simples relacionadas aos fenômenos anteriormente citados. Através das observações os alunos podem verificar a importância que a Física confere às medidas realizadas e relacioná-las às diferentes grandezas envolvidas no fenômeno.

Ao optar por determinada simulação, o professor deve ter pré-determinado, um conjunto de características que esta deve apresentar. Sem este conjunto, a simulação pode apresentar um resultado que não seja o esperado. Como ainda não existe um método de escolha, neste trabalho elegemos os critérios elaborados por Xavier, Xavier e Montse (2003), que são os seguintes: Facilidade de Utilização; Grau de Interatividade; Confiabilidade da Origem e Disponibilidade Temporal.

A apresentação do Laboratório de Pêndulos como uma proposta de Objeto de Aprendizagem foi realizada no laboratório de informática do Colégio Municipal Pelotense do município de Pelotas - Rs. O grupo de trabalho era composto por 25 alunos do 3º ano do Ensino Médio, matutino, que já haviam sido aluno do mesmo professor na série anterior. O trabalho foi desenvolvido durante o período normal de aulas, quando os alunos deslocavam-se para o laboratório de informática. Para os educandos, esta era uma prática diferente daquelas que estavam acostumados. Sair do ambiente comum da sala de aula despertou o interesse dos educandos, prova disso é que durante a aplicação do trabalho o índice de alunos ausentes era bem pequeno comparado às atividades tradicionais. A média de idade dos alunos era de 17 anos e todos já apresentavam conhecimento sobre os conceitos de Mecânica, tais como força, período, massa e frequência, estudados durante o segundo ano do Ensino Médio.

## Atividades desenvolvidas pelos alunos

Para realizar as atividades propostas, a turma foi dividida em grupos de dois alunos para que houvesse uma maior interação entre ferramenta e educando. As atividades realizadas pelos alunos estão presente na simulação Laboratório de

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Pêndulos, desenvolvido pelo projeto Tecnologia no Ensino de Física (PhET) da Universidade do Colorado e encontra-se disponível de forma gratuita online. A simulação pode ser utilizada de forma online ou off-line . São necessários os plugins Java , para a atividade ser realizada.

O Laboratório de Pêndulos simula o movimento de um pêndulo e tem como objetivos a possibilidade de o aluno conseguir determinar as características do movimento harmônico simples. O programa apresenta alguns parâmetros operacionais (tais como comprimento e massa do pêndulo) que oferecem a possibilidade de serem variados. Com esse programa é possível verificar a dependência do período do movimento com os parâmetros descritos. Também é possível relacionar o período do pêndulo com a aceleração da gravidade do local onde o mesmo se encontra. Além disso, é possível analisar que o período de oscilação do pêndulo não depende da massa dele, o que é uma concepção errônea que a maioria dos alunos apresenta.

A primeira atividade realizada pelos alunos foi conhecer na tela de abertura (figura 1) e as opções de comando apresentada pelo Laboratório de Pêndulos. Assim, os alunos foram se familiarizando com a 'nova' (para esta turma) ferramenta utilizada no Ensino de Física. Após a identificação, os estudantes colocaram o simulador a rodar verificando o que acontecia. Toda a turma conseguiu realizar esta atividade sem maiores problemas.

Figura 1. Tela de abertura do Laboratório de Pêndulos

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Fonte: Physics Education Tecnology

Na segunda atividade, foi sugerido pelo professor que os alunos fizessem uma alteração na medida do comprimento do pêndulo. Antes de executar esta mudança, os alunos tiraram suas próprias conclusões a respeito do que ia acontecer com o movimento do pêndulo. Esta atividade é de suma importância, pois a Física é uma ciência de cunho quantitativo e o aluno precisa ser capaz de analisar medidas e manipular dados com certa exatidão.

Feita a modificação, os alunos colocaram o pêndulo a oscilar e visualizaram uma mudança no período de oscilação do pêndulo comparado com o período da primeira atividade. Alguns alunos relacionaram de forma correta a relação existente entre o período do pêndulo com seu próprio comprimento. A partir da visualização pelos alunos e com o auxilio do professor, foi possível verificar a relação existente entre o período do pêndulo com seu comprimento: o período do pêndulo é diretamente proporcional ao comprimento do mesmo.

Em seguida, os alunos adicionaram mais uma ferramenta: o cronômetro gráfico (figura 2). Novamente o simulador foi posto a funcionar. Neste momento com o registro do tempo de cada oscilação pelo cronômetro, os alunos comprovaram

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como se dava a dependência do período com o comprimento do pêndulo. A cada atividade, os alunos interagiam realizando reflexões sobre o assunto abordado.

Figura 2. Cronômetro Gráfico

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Fonte : Physics Education Tecnology

Na terceira atividade, foi lançada uma pergunta: Se mudarmos a massa do pêndulo, haverá alteração no período do mesmo? Isto trouxe muita discussão entre os grupos. Os estudantes neste momento externaram concepções equivocadas, mas comuns para este conteúdo. Muitos alunos afirmaram que 'mudando a massa do pêndulo, também mudará o seu período'. Para a surpresa dos mesmos, foi verificado que não existe esta relação. Quando mudamos a massa do pêndulo, seu período permanece inalterado (figura 3).

Figura 3. Massa modificada

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Fonte: Physics Education Tecnology

Na quarta atividade, (figura 4) os alunos deixaram a simulação um pouco mais real: adicionaram o atrito ao movimento do pêndulo. Os alunos conseguiram perceber que com a ação do atrito, o movimento cessaria o que até então não acontecia. Aqui os alunos relacionaram a simulação com o balanço do parque de diversão e verificaram a necessidade de uma força para manter o movimento do balanço.

Figura 4. Simulação um pouco mais real

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Fonte:

Physics Education Tecnology

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Com o Laboratório de Pêndulos, também foi possível simularmos o movimento do pêndulo em circunstância extraterrena, o que foi proposto na quinta atividade. Nela os alunos modificaram a gravidade do local onde acontecia o movimento. É possível utilizar, por exemplo, a gravidade lunar. Com as mudanças nas grandezas, os alunos conseguiram observar de que forma estas estavam relacionadas com a modificação do período do pêndulo.

Um dos termos mais importantes dentro da Física é, sem dúvida, a Energia. O laboratório de Pêndulos nos possibilita analisar de forma qualitativa as transformações ocorridas entre as formas de energia potencial e energia cinética, o que foi explorado como sexta atividade. Estas transformações são mostradas na interface (figura 5). Como o sistema é conservativo, isto é, tirando quaisquer tipos de atrito, a parcela de energia potencial que diminui no sistema apresenta-se exatamente na forma cinética. Assim, também podemos trabalhar uma das principais leis da conservação: a conservação da energia. Além destas atividades, outras podem ser realizadas com este objeto de aprendizagem.

Figura 5. Gráfico das energias potencial e cinética

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Fonte : Physics Education Tecnology

Com esse objeto de aprendizagem, os alunos conseguiram verificar as características do MHS, determinar o período do pêndulo, reconhecer a dependência do período com a aceleração da gravidade e o comprimento. Acreditamos que esta é uma alternativa possível para representar modelos, promovendo assim melhorias na compreensão dos conceitos físicos (em especial aqueles envolvidos no MHS) e suas relações e representações matemáticas.

## Conclusões

Neste trabalho, os alunos perceberam que o computador pode ser uma ferramenta instrucional muito importante no ensino de Física. Com a utilização dos simuladores, intitulado Laboratório de Pêndulos - conceito de difícil compreensão quando se usa apenas o quadro e giz - a metodologia, a interação entre professor e alunos e a própria aprendizagem se tornaram mais fáceis para os estudantes. Especificamente para os alunos, a interatividade com o simulador foi uma metodologia inovadora, pois assim foi possível pensar, discutir e refletir a respeito de parâmetros que afetavam o movimento do pêndulo. Podemos expressar, deste ponto de vista, que houve uma participação ativa dos alunos durante as aulas. Com a utilização sistemática desta metodologia, acreditamos estar diante de uma nova forma de ensinar Física. Prioriza-se a fenomenologia através de sistemas dinâmicos, foge-se do ensino mecânico - no qual muitas vezes é priorizada a resolução de exercícios - através de um formulismo matemático.

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Os alunos verificaram que a utilização do computador possibilita diversificar as aulas. No período de realização do trabalho, foi registrado um alto índice de frequência, por parte dos alunos, o que nos dá uma interpretação de que a atividade foi interessante aos estudantes. Assim, percebe-se que o professor possui em suas mãos uma ferramenta tecnológica que oportuniza uma maneira diferenciada do aluno aprender.

Um dos fatores que contribuíram para estes resultados, sem dúvida alguma, é o fato das simulações utilizadas serem interativas. Este aspecto contribui muito na forma de ensinar sistemas dinâmicos. O aluno não fica só ouvindo, observando e imaginando o abstrato, mas participa ativamente das atividades. Este é o aspecto que se busca hoje no ensino, ou seja, um educando ativo e reflexivo.

Com o término das atividades, registrei alguns comentários dos alunos a respeito da metodologia utilizada. O que mais chamou a atenção foi que a maioria da turma indagou quando faríamos algo semelhante novamente. O que comprova que, para eles, aprender Física desta forma foi mais produtivo. Fica nítido ainda que a utilização do computador no ensino de Física foi extremamente motivadora aos alunos. Através das atividades proporcionadas, eles demonstraram um interesse maior na componente curricular. Por isso, fica a proposta desse trabalho e sua metodologia para que os professores explorem-na cada vez mais.

Com a utilização do simulador, aproveitamos melhor o tempo de aula, o que possibilitou abordar uma quantidade maior de fenômenos. O computador é uma ferramenta que faz parte da vida diária da maioria dos nossos alunos, o que possibilitou a criação de um ambiente favorável ao ensino e os estudantes sentiramse estimulados e envolvidos no processo de aprendizagem.

## Referências

Colorado. University of Colorado at Boulder. Physics Education Technology. Disponível em: &lt;http://phet.colorado.edu&gt;. Acessado em: 12 de Setembro de 2012.

FINO, Carlos N, Pesquisar para mudar (a educação). Madeira: Funchal, 2011. In FINO, C. N.; SOUZA, J. M. (2011). Pesquisar para mudar (a educação). Funchal: Universidade da Madeira - CIE-UMa, pp 29-48.

RICARDO, E.C; FREIRE, J.C. A. A concepção dos alunos sobre a física no ensino médio: um estudo exploratório. Revista Brasileira de Ensino de Física , São Paulo, v. 29, n. 2, p. 251 266, 2007.

TAROUCO, L. M. R. et al Reusabilidade de objetos educacionais. RENOTE Revista Novas Tecnologias na Educação . Porto Alegre, v. 1, n. 1, p. 1-11, fev. 2003.

XAVIER, B.; XAVIER, J.; MONTSE, N. Applets en la enseñanza de la física. Enseñanza de Las Ciencias , v. 21. n. 3, p. 463-472, 2003.

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