ATIVIDADES EXPERIMENTAIS E SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS: ALICERCES DOS PROCESSOS DE ENSINO E DE APRENDIZAGEM DA FÍSICA NO ENSINO MÉDIO

## ATIVIDADES EXPERIMENTAIS E SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS: ALICERCES DOS PROCESSOS DE ENSINO E DE APRENDIZAGEM DA FÍSICA NO ENSINO MÉDIO

Fernanda Teresa Moro 1 , Italo Gabriel Neide , Marcelo Vettori 2 3

- 1 Centro Universitário UNIVATES/fernandamoro@uricer.edu.br
- 2 Centro Universitário UNIVATES/italo.neide@univates.br
- 3 Centro Universitário UNIVATES/marcelo.vettori@pucrs.br

## Resumo

O presente artigo resulta de uma proposta de pesquisa qualitativa que será desenvolvida com estudantes do Ensino Médio de uma escola da rede particular do município de Erechim. Essa proposta busca verificar quais as implicações do uso de tecnologias, em especial simulações computacionais, vinculadas com as atividades experimentais no Laboratório de Ensino de Física, para o estudo das diferentes formas de propagação do calor. Para a utilização das simulações computacionais serão planejadas atividades que motivem o senso crítico do aluno frente aos experimentos. A partir da ação proposta espera-se contribuir na interação teórica e experimental das aulas de Física por meio de um agente potencialmente facilitador dos processos de ensino e de aprendizagem. Ao final da pesquisa, a atividade utilizada com os alunos será disponibilizada online como um produto educacional para auxiliar outros professores em suas práticas pedagógicas . A pesquisa se concentra na área de Ferramentas Tecnológicas no Ensino de Física e está sendo desenvolvida como principal tema da dissertação de mestrado de uma aluna, principal autora deste trabalho, que faz parte do Programa de Pós Graduação Stricto Sensu do Mestrado em Ensino de Ciências Exatas do Centro Universitário Univates.

Palavras-chave : Física; Termologia; Tecnologias; Ensino e Aprendizagem.

## Introdução

A prática pedagógica desenvolvida por muitos professores no processo de ensino da Física baseia-se essencialmente na aplicação de fórmulas e apresentação de conceitos e leis. As simulações aliadas às atividades experimentais podem ser uma possibilidade de transição de um modelo de ensino transmissivo, baseado em cópias e centrado na atividade do professor para a construção de formas alternativas de ensinar Física. A inserção de atividades experimentais - reais e virtuais - durante as aulas de Física é uma forma para o professor escapar do ensino baseado única e exclusivamente em aulas expositivas. Nesse sentido, Veit e Teodoro (2002) enfatizam o uso de novas tecnologias como um facilitador nos processos de ensino e de aprendizagem, sobretudo no que se reporta a sistemas dinâmicos.

Neste artigo, apresentamos a proposta de uma pesquisa, cujo objeto de estudo será a atividade experimental aliada à simulação computacional como facilitador dos processos de ensino e de aprendizagem da Física.

A proposta desta pesquisa é utilizar atividades experimentais e simulações para a melhor compreensão dos fenômenos relacionados à propagação de calor. A

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

26 a 30 de janeiro de 2015

intervenção será realizada em uma turma de 2º ano do Ensino Médio, de uma escola da rede particular no município de Erechim, Rio Grande do Sul, abordando tópicos de Termologia (formas de propagação do calor). Este estudo, posteriormente, apresentará uma produção técnica e uma análise de sua aplicação, buscando ajudar outros professores da área.

## Fundamentos Teóricos Iniciais

A Física sempre foi alvo de preocupações, tanto dos profissionais da educação, para torná-la mais atrativa, quanto dos estudantes, buscando formas de tentar compreendê-la. Durante as aulas de Física é difícil encontrar situações em que o aluno seja criativo ou esteja motivado a solucionar um problema por curiosidade ou pelo próprio fato de ser um grande desafio.

Em todas as áreas do conhecimento, é imprescindível que os estudantes tenham oportunidades de fazer explorações, representações, experimentações e discussões, podendo investigar, descobrir, descrever e perceber propriedades e fenômenos que os cercam. Freire afirma que:

A construção ou a produção do conhecimento do objeto implica o exercício da curiosidade, sua capacidade crítica de tomar distância do objeto, de observá-lo, de delimitá-lo, de cindi-lo, de 'cercar' o objeto ou fazer sua aproximação metódica, sua capacidade de comparar, de perguntar. (FREIRE, 1997, p.26)

É a partir dessas ideias que pensamos em aproximar os estudantes dos conhecimentos que abordam os fenômenos físicos, partindo de situações que favoreçam à intervenções de ações e inferências em torno do objeto de estudo. Um modelo de ensino que proporcione ao estudante movimentar-se nos caminhos entre o fazer e compreender física (PIAGET, 1978).

Para Moreira e Axt (1991, p. 82-83), "atualmente o ensino experimental continua sendo pouco adotado nas escolas da rede pública sendo mais difundido nas escolas particulares". Em linhas gerais, conforme os autores acima mencionados, o ensino experimental apresenta as seguintes características:

- 1. Os experimentos são ministrados de forma aleatória e desvinculada do conteúdo.
- 2. A experimentação é utilizada para veicular conceitos, obter relações, determinar constantes, propor problemas experimentais.
- 3. O experimento é utilizado como instrumento para a aquisição de
- conceitos.

Mais do que um fenômeno curioso para ser observado e admirado, o experimento constitui-se numa atividade pedagógica desenvolvida pelo aluno que inclui, intercaladamente, tarefas teóricas e experimentais onde o fazer é importante e o refletir para compreender é fundamental. Os novos avanços científicos, bem como suas aplicações práticas e as novas tecnologias, têm aberto as fronteiras do conhecimento. Ocupa aqui lugar ainda maior de destaque a educação.

Conforme a teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel (1982) novas ideias e informações podem ser aprendidas e retidas na medida em que

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

conceitos relevantes e inclusivos estejam disponíveis na estrutura cognitiva do indivíduo, comportando-se como âncora para novas ideias e conceitos. À medida que isso acontece, soma-se ao senso comum o conhecimento científico, consolidando a relação entre ciência, escola e sociedade, possibilitando um ser humano que se coloque como agente atuante e transformador, visto que isso permite ao indivíduo o conhecimento cada vez maior do seu universo físico, bem como os fenômenos que nele acontecem. Corroborando com esta ideia Moreira (2006) afirma:

Como poderia o homem situar-se no mundo se não organizasse suas experiências? O que impressiona é o sentido, percebido e compreendido, passando, constantemente e dinamicamente, por um processo psicológico de elaboração e organização denominado aquisição de conceitos. É esse conjunto próprio de conceitos constantemente adquirido e reelaborado que permite ao homem situar-se no mundo e decidir como agir. (MOREIRA 2006, p.35).

Uma possibilidade de promover a aprendizagem significativa do aprendiz frente aos problemas existentes no ensino é o desenvolvimento de metodologias diferenciadas fazendo um bom uso das tecnologias digitais. De acordo com os Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL,1999, p.45) ' seu uso [computador] vem, sobretudo, reforçar o papel do professor na preparação, condução e avaliação do processo de ensino e aprendizagem.'. É importante salientar que, de acordo com os PCNs:

A utilização de recursos como o computador e a calculadora pode contribuir para que o processo de ensino e aprendizagem se torne uma atividade experimental mais rica, sem riscos de impedir o desenvolvimento do pensamento, desde que os alunos sejam encorajados a desenvolver seus processos metacognitivos e sua capacidade crítica e o professor veja reconhecido e valorizado o papel fundamental que só ele pode desempenhar na criação, condução e aperfeiçoamento das situações de aprendizagem. (BRASIL, 1999, p. 45).

Deste modo, faz-se necessário repensar o ensino para que este concilie o pensar ao aprender fazendo, e que também possibilite o resgate por meio de metodologias aliadas às novas tecnologias. Conforme Ausubel (1982, apud Dorneles, Araújo e Veit, 2006, p. 495) a predisposição para aprender é uma das condições da aprendizagem significativa. A outra é que o material seja potencialmente significativo.

É neste sentido que o trabalho com as tecnologias se enquadra, rompendo com a visão de compartimentos fechados das disciplinas do currículo escolar. Conforme Lévy (1993) são recursos que criam alternativas metodológicas rompendo com o formalismo das disciplinas, que fragmenta e cristaliza o conhecimento em compartimentos fechados. Portanto, de acordo com Monteiro e Feldman (1999):

Os educadores precisam apropriar-se de metodologias que desenvolvam nos alunos uma relação crítica e não ingênua com seu universo audiovisual

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

e virtual, tornando-os capazes de dialogar com autonomia nesses campos. Os novos cidadãos que estamos formando necessitam saber 'ler e interpretar' o que vêem e, também, produzir e expressar-se em meio audiovisual e virtual. (MONTEIRO e FELDMAN, 1999, p.41)

A partir dessa afirmação, reforçamos a importância da utilização de atividades experimentais aliadas ao uso de novas tecnologias durante as aulas de Física no Ensino Médio. É preciso que a teoria esteja articulada com a prática, por meio de atividades experimentais complementadas e assistidas por simulações computacionais para propiciar a construção do conhecimento e contribuir de maneira significativa no processo de aquisição dos conhecimentos científicos por parte dos estudantes. Veit e Araújo (2002) destacam que:

Não se trata, obviamente, da substituição do laboratório didático pela modelagem computacional. Trata-se da sua complementação, de ampliar limites, de reforçar o aspecto construtivista da ciência e da aprendizagem, o pensamento científico [...] Trata-se de agregar uma nova tecnologia que facilita o processo de aprendizagem, que contribui para o desenvolvimento cognitivo e propicia uma melhor compreensão da ciência e da tecnologia, também pelo estudante que não prosseguirá seus estudos.

Faz-se necessário o uso de materiais e recursos didáticos, aliados a práticas vinculadas com a realidade dos estudantes, buscando abstrações e generalizações em patamares cada vez mais elevados. A passagem do pensamento concreto para o lógico é importante no entendimento dos conceitos físicos. O professor deve permitir que seu aluno torne-se crítico e capaz de questionar o que lhe é apresentado, verificando a relevância de novas descobertas para a sociedade. As aulas experimentais e as tecnologias de simulação por computador, portanto, vêm ao encontro dessa perspectiva, visto que possibilitam ao estudante tornar-se sujeito no processo de construção do seu conhecimento.

## Os Caminhos da Pesquisa

Pretendemos, na futura pesquisa, contribuir para que ocorra uma aprendizagem significativa dos conhecimentos físicos. Nesse sentido, entendemos que os alunos passem a dispor dos elementos necessários a construção de conceitos fundamentais, havendo a necessidade de etapas iniciadoras direcionadas para aquisição desses elementos. Nos processos de ensino e de aprendizagem deve haver uma situação de encontro, de diálogo, em que professor e aluno se colocam dispostos a aprender.

Partindo das vivências profissionais da prática da mestranda, surgiu o questionamento: Como articular atividades experimentais e simulações por computadores, para a compreensão das formas de propagação do calor?

Os objetivos deste trabalho, são (a) construir um esquema conceitual que desenvolva situações críticas, permitindo a elaboração de hipóteses, descoberta de soluções, (b) favorecer o desenvolvimento da capacidade de criticar e concluir pensamentos e deduções, relacionar os conceitos, leis e princípios físicos referentes à Termologia, (c) desenvolver atividades experimentais e simulações por

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

computador e (d)utilizar mapas conceituais buscando a análise, antes e depois do uso de atividades experimentais e simulações computacionais articuladas entre si.

Para atingir tais objetivos, serão realizadas três atividades experimentais. Para cada uma destas atividades utilizaremos o PhET Interactive Simulation, da Universidade do Colorado (EUA) . Na atividade 1 o estudante deverá observar que 1 materiais têm diferentes coeficientes de condutibilidade térmica. Na atividade 2, demonstrar a convecção térmica e verificar as suas aplicações no cotidiano. Já na atividade 3, reconhecer a diferença na taxa de absorção de calor por irradiação entre materiais de cores escuras e claras .

A Figura 1 apresenta um esboço da montagem dos equipamentos que serão utilizados.

Figura 1: Esquema das atividades experimentais

<!-- image -->

A Figura 2 representa uma dessas simulações.

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

Figura 2: Simulação - radiação térmica

<!-- image -->

## Considerações Finais

Ao pensar esta proposta de pesquisa busca-se incentivar os educadores para que façam uso das atividades experimentais e das tecnologias em suas aulas, pois são instrumentos que podem propiciar a construção do conhecimento e melhorar de forma significativa o desempenho e a assimilação dos conteúdos pelos alunos, produzindo uma nova relação entre professor-aluno-conteúdo e fazendo com que o professor participe, ao lado do aluno, como agente transformador do processo de aprendizagem.

## Referências

AUSUBEL, D.P. A Aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. São Paulo: Moraes, 1982.

BARDIN, L. Análise de Conteúdo. Lisboa, Portugal; Edições 70, LDA, 2009.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio . Brasília, 1999.

DORNELES, P.F.T., ARAUJO, I.S., VEIT, E.A. Simulação e modelagem computacionais no auxílio à aprendizagem significativa de conceitos básicos de eletricidade: Parte I - circuitos elétricos simples. Revista Brasileira de Ensino de Física. v. 28, n. 4, p. 487 - 496, 2006.

FREIRE, Paulo. Pedagogia da autonomia. 2. ed. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 1997.

LÉVY, P. As tecnologias da inteligência: o futuro do pensamento na era da informática. Rio de Janeiro: Editora 34, 1993.

MONTEIRO, E. &amp; FELDMAN, M. Mídia-Educação e cidadania na era da informação. Pátio, a.3, n.9, p. 38-41, mai./jul.1999.

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

MOREIRA, A Marco; AXT, Rolando. Tópicos em ensino de ciências. Porto Alegre: Sagra, 1991.

MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. São Paulo, Centauro, 2001.

MOREIRA, M. A. Mapas conceituais e diagramas V. Porto Alegre, Ed. Do autor, 2006.

PIAGET, J. Fazer e compreender. São Paulo: EDUSP/ Melhoramentos, 1978.

VEIT, E. A.; TEODORO, V. D. Modelagem no ensino/aprendizagem de física e os novos parâmetros curriculares nacionais para o ensino médio. Revista Brasileira de Ensino de Física , São Paulo, v. 24, n. 2, p. 87-96, jul. 2002.

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