Software Livre Tracker: análise da viabilidade para ensino de Física

## Software Livre Tracker: análise da viabilidade para ensino de Física

## Marcio Vinicius Corrallo 1 Astrogildo de Carvalho Junqueira 2 Luís Gomes de Lima 3

1 Instituto Federal de São Paulo - Câmpus São Paulo, marciocorrallo@gmail.com

2 Instituto Federal de São Paulo - Câmpus São Paulo, acajunq@yahoo.com.br

3 Universidade de São Paulo, Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Educação, modalidade Ensino de Ciências e Matemática da Faculdade de Educação, luis.gomes.lima@usp.br

## Resumo

Este trabalho tem por objetivo analisar as possibilidades de utilização de uma ferramenta tecnológica livre para videoanálise, aplicada ao ensino de Física, denominada Tracker. Diversos fatores corroboram para a eficácia da inserção das Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDIC) no ensino de Física, em especial, a adequação e facilidade de uso por parte dos professores da ferramenta a ser utilizada em sala de aula. Constata-se que diversas iniciativas de inserção das TDIC não avançam para uma utilização mais frequente em salas de aula, principalmente, por exigirem conhecimento demasiadamente específico em tecnologia, por parte dos professores. Nesse sentido, o uso de uma ferramenta relativamente simples pode colaborar no intuito de diminuir as dificuldades encontradas em aplicações por parte desses profissionais de educação. Dessa forma, a proposta de inserção de software livre como apoio didático ao ensino da Física, visa, para nós, a democratização e, sobretudo, o aumento de ferramentas, que de alguma forma, possam melhorar as condições do ensino de Física, inclusive, no Ensino Médio público. A metodologia de análise consistiu no uso do software livre Tracker, que foi aplicado como apoio ao Laboratório Didático de Física com alunos do segundo semestre de Licenciatura em Física de uma instituição de ensino superior pública da cidade de São Paulo. Após a aplicação do recurso tecnológico, os licenciandos puderam relatar a respeito de suas experiências relacionadas ao uso dessa tecnologia, apontando vantagens e desvantagens em sua utilização.

Palavras-chave : Informática na Educação. Software livre no ensino de Física. Software

Tracker

## Introdução

Vivemos um momento no qual o uso da tecnologia se faz presente em todos os setores da sociedade. A agilidade e a confiabilidade fizeram da informática uma grande aliada ao desenvolvimento dos setores industriais, agrícolas e de serviços. Na educação também não é diferente. Constata-se que, nas últimas décadas há maior utilização de tecnologias para auxiliar no aprendizado. Inúmeros produtos são lançados com o intuito de promover a aplicabilidade ao ensino das diferentes áreas do conhecimento. Apesar dessa promoção, o custo dessas tecnologias, acaba gerando certos entraves quanto sua democratização e aplicação na educação. Nesse sentido, Bezerra Jr et al. (2012) complementam que além do custo de aquisição dos softwares proprietários, as instituições de ensino se veem cerceadas aos padrões fixados pelos desenvolvedores, dificultando muito a possibilidade de upgrade frequente.

Na intenção de minimizar essas distâncias e promover maior apropriação dos recursos tecnológicos, surgem os chamados softwares livres, como uma

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23 a 27 de janeiro de 2017

alternativa ao ensino de Física. Nesse sentido, entendemos o uso das tecnologias no ensino da Física, articulado com as práticas experimentais, as quais constituemse com problemas específicos, dada a escassez de laboratórios na maioria das 1 escolas. É raro encontrarmos escolas com laboratório e equipamentos para práticas de experimentação. Frequentemente, a experimentação é baseada em um modelo técnico-científico, no qual as atividades experimentais são vistas com caráter pragmático, visando à manipulação de instrumento e desenvolvimento de técnicas de medidas. Mas, como destaca Hodson (1994), as atividades experimentais devem ser desenhadas com grau de liberdade que contemplem, durante sua execução, as ideias dos estudantes. Nesse sentido, devem oferecer estímulos para que os alunos desenvolvam e eventualmente modifiquem suas ideias. Permitindo, portanto, que os alunos possam reelaborar suas hipóteses, quando necessário. Thornton (2002) complementa dizendo que o uso de processos automáticos de coleta de dados alinhados com estratégias investigativas podem ajudar no processo de ensino e aprendizagem. Ainda, Haag et al. (2015) lembram que o aluno deve se oportunizado a participar integralmente de todas as etapas do experimento, minimizando, assim, as possibilidades de que o processo de análise dos dados se torne uma 'caixa preta'.

Nesse contexto, nossa investigação articula a prática experimental com o uso de software livre para o ensino de Física, caracterizando a pesquisa como um estudo de caso, sobre o qual vale o alerta de Triviños (1987), ao elucidar que a pesquisa classificada como estudo de caso deve 'fornecer o conhecimento aprofundado de uma realidade delimitada que os resultados atingidos podem permitir e formular hipóteses para o encaminhamento de outras pesquisas ' (TRIVIÑOS, 1987, p.111). Dentre as diversas opções que analisamos, escolhemos o software livre Tracker para videoanálise, o qual foi aplicado e testado com alunos do segundo semestre de Licenciatura em Física de uma instituição de ensino superior pública da cidade de São Paulo. Através de questionário aplicado aos alunos, pudemos levantar as concepções sobre a viabilidade de uso do Tracker em ambiente escolar.

## Referencial

O ensino de Física, por meio de experimentação, também deve estar pari passu com as novas tecnologias. A possibilidade de coletar dados remotamente e/ou a coleta de centenas de informações simultaneamente podem ampliar as estratégias de ensino. Talvez possamos destinar o tempo dos estudantes à realização de análise mais sistemática dos dados obtidos por sensores ou ainda extrapolações, que em condições manuais de coleta de dados seria impraticável (Borges, 2002). Nessa linha de raciocínio é que o uso das TDIC daria um novo estímulo ao emprego da estratégia experimental no ensino de Física.

Na tentativa de adoção de uma ferramenta, que pudesse ser adequada para atividades experimentais de mecânica, e com viés investigativo, liberando-nos do alto custo de aquisição e rigidez tão característica dos softwares proprietários, optamos, pelo uso do software livre Tracker , que é ligado ao projeto Open Source 2

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Physics . Uma das funcionalidades principais do programa é a análise de vídeo de 3 movimento. Brown e Cox (2009) afirmam que o uso de videoanálise, para estudo de fenômenos, permite uma conexão direta entre a observação e a representação abstrata. Bezerra Jr et al. (2012) apontam ainda que o processo de videoanálise permite a redução do tempo e a simplificação na coleta de dados, oportunizando o aluno com maior tempo para reflexões dos resultados ou reelaboração do próprio experimento.

A partir da captura de um vídeo digital com extensão AVI ou MOV, é possível coletar uma ampla gama de dados espaciais e temporais, e que permite a determinação de grandezas físicas, como: posição, velocidade, aceleração, energia, momento linear entre outras. O usuário pode calibrar as dimensões e, assim, analisar o movimento do objeto, inclusive, os respectivos vetores. O software permite, com seu layout, a exibição simultânea de vídeos, gráficos e tabelas das grandezas medidas e obtidas a partir das análises das imagens, veja figura 1. Para a obtenção das posições o software oferece recurso automatizado ou manual (na figura 1 temos a numeração automática indicando o movimento sequenciado do objeto em queda livre). É importante lembrar que, precisamos indicar para o software qual o trecho do vídeo a ser analisado e, principalmente, as dimensões espaciais utilizadas como referencial para a coleta de dados. Na figura 2 utilizamos o trecho verde da fita métrica (20,00 cm) como referencial (o usuário poderá utilizar qualquer referência que esteja disponível no vídeo, mas deve conhecer suas dimensões). Um segundo momento de utilização do software é exatamente a análise dos valores obtidos. Dessa forma, o usuário poderá obter grandezas físicas por meio de ajustes de curvas escolhidas permitindo a modelagem do fenômeno. Vale ressaltar que os dados poderão ser exportados para outro software que permita o tratamento dos dados.

Figura 2: Tomada de dados da queda livre

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Figura 1: Lançamento oblíquo de uma esfera

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## Metodologia

O projeto consistiu em investigar e aplicar o software livre Tracker. Este, como discutido na seção anterior, é usado para análise quadro a quadro de vídeo de movimento. Além da análise, aplicamos e testamos o software com alunos do

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segundo semestre de Licenciatura em Física de uma instituição de ensino superior pública da cidade de São Paulo. A atividade consistiu em, inicialmente, apresentar as funcionalidades e limitações do Tracker. Essa etapa durou, aproximadamente, duas aulas (1h30min). Apresentadas as funcionalidades do software , os alunos foram convidados a desenvolver uma atividade para determinar a aceleração da gravidade. Diversas propostas foram levantadas de atividades experimentais que contemplem a aceleração da gravidade. E, assim, os alunos realizaram vários ensaios. Para as gravações foram usadas câmeras digitais e celulares. Essas, por sua vez, permitem a obtenção de vídeos de no máximo 30 quadros/s. Evidentemente, podem-se utilizar equipamentos com resolução melhor, mas para a finalidade que pretendemos é importante pensar em equipamentos que possam ser adaptados para as escolas públicas brasileiras. Dessa forma, os alunos filmaram objetos em queda com diversas alturas, massas e formatos. A partir daí, puderam exportar esses vídeos para o Tracker. Através de questionário aplicado aos alunos, pudemos levantar suas concepções sobre as possibilidades de uso do software livre Tracker em ambiente escolar.

Constatamos algumas vantagens em relação aos métodos convencionais de tomadas eletronicamente de dados. Um primeiro aspecto é a quantidade de dados disponíveis, comparado com a utilização de sensores tipo fotogate , devido ao custo do equipamento, temos apenas alguns pares de pontos de posição e instante. Já para o caso da videoanálise, mesmo usando câmeras digitais simples ou celulares, pudemos obter algumas dezenas de dados da posição e instante, pois a queda livre que medimos durou, aproximadamente, 1 segundo, e os vídeos foram ajustados para 30 quadros/s.

Notamos que diversas propostas foram apresentadas pelos alunos, dentre elas a utilização de pêndulo, queda de objeto, medição da aceleração em um plano inclinado, lançamento oblíquo entre outras. Mas, os grupos decidiram utilizar o lançamento oblíquo como mecanismo de determinação da aceleração da gravidade. Vale ressaltar que essa experiência, determinação da aceleração da gravidade, já havia sido realizada pelos alunos, no semestre anterior, com o uso de faiscador . 4 Outros aspectos foram discutidos entre os grupos, como o referencial adotado e, a posição da câmera, visando minimizar o efeito da paralaxe. Além disso, tivemos, entre os grupos, diversos ensaios tentando minimizar possíveis erros. Resolvido todos os detalhes, os grupos passaram a realizar as filmagens e, ainda sim, novas dúvidas surgiram e propostas foram feitas, como, a cor do plano de fundo. Após muita discussão, o fundo claro com um objeto escuro foi escolhido, embora tenha se constituído como uma estratégia que não permitiu ocultar a sombra do objeto e dificultou a coleta automática de dados. Depois da gravação do experimento pelos grupos, esses passaram a trabalhar o vídeo com o Tracker. Vale reiterar que a análise dos dados poderá ser, ou não, feita pelo Tracker. Este possui tecnologia para essa finalidade, como ajustes de curvas, determinação dos respectivos

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coeficientes e teste de viabilidade. No nosso caso, optamos em usar todas as funcionalidades oferecidas pelo Tracker e fazer os respectivos ajustes da parábola, como se vê na figura 3, onde constam os pontos experimentais, em preto e, o ajuste da parábola, em linha vermelha. Podemos perceber que a curva ajustada foi uma parábola, e o R se aproxima de 1, constituindo excelente fator de correlação da 2 curva ajustada e dos pontos experimentais. Também podemos notar os respectivos coeficientes a, b e c. Sendo que o valor de (a) representa 1/2 g (aceleração da gravidade). Dessa forma, como valores típicos encontrados nas medições realizadas pelos alunos, constata-se, por exemplo: .

Figura 3: Análise de dados

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O instrumento de coleta de dados foi realizado por meio de entrevista estruturada, baseada em questionário aberto sobre aspectos pedagógicos, que foi respondido voluntariamente por alunos participantes da pesquisa. A amostra consistiu de 15 alunos que participaram da tomada de dados da atividade relatada anteriormente.

## Discussão dos resultados

A proposta de inserção das TDIC no ensino acontece há algumas décadas. Mas é notório que ainda esbarra em alguns aspectos que comprometem sua efetivação. É razoável acreditar que a formação deficitária dos professores nesse campo, possa ser considerada um significativo obstáculo. Nesse sentido, políticas de qualificação de professores e alunos de licenciatura podem ampliar o número de professores que tenham conhecimento para o uso das ferramentas tecnológicas. Outro aspecto que podemos citar é exatamente o custo de implantação dessas tecnologias. É fato que a tecnologia se tornou mais acessível, mas ainda há um grande gap entre os centros mais ricos e as comunidades mais carentes do país. Nesse aspecto, quando se pensa a tecnologia como uma aliada à melhoria do ensino é importante promover mecanismos que possam democratizar seu uso e, sobretudo, manter a qualidade em sua aplicação.

Dessa forma, norteamos o trabalho propondo qualificação a profissionais que atuarão com o ensino nos próximos anos. Ou seja, alunos de licenciatura poderão ser os agentes de transmissão e implantação dessas metodologias nos ambientes escolares. Outro ponto a ser destacado é, exatamente, o custo para a transposição dessas tecnologias para o ambiente escolar. A adoção de software livre poderá ser interessante para a eficácia dessa transposição. É importante

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ressaltar que o uso de software proprietário tem emperrado a socialização de tecnologia e, assim, aumentando a lacuna entre escolas que podem pagar e as que não podem.

Com o objetivo de verificar a aplicabilidade da ferramenta Tracker para o ensino de Física, após a realização das atividades experimentais e suas respectivas análises, aplicamos um questionário contendo questões sob aspectos pedagógicos da ferramenta, separadas em quatro momentos:

- 1º momento - foi perguntado aos participantes se a atividade realizada (determinação da aceleração da gravidade) por meio do software livre Tracker ajudou a enriquecer o seu aprendizado na comparação com outras estratégias usualmente utilizadas no laboratório didático. Vale mencionar que, como citado anteriormente, os alunos realizam experimento análogo, para determinação da aceleração da gravidade, a partir de um faiscador.
- 2º momento - foi questionado sobre a possibilidade de utilização do Tracker na educação básica.
- 3º momento - pediu-se que os respondentes comparassem o Tracker com os tradicionais simuladores.
- 4º momento - pediu-se que os participantes expusessem aspectos positivos, com viés pedagógico, do Tracker.

Na análise das respostas do 1º momento, os alunos foram unânimes em afirmar que houve maior aprendizagem com o uso do Tracker. De fato, é uma condição difícil de comparar; todavia, é razoável afirmar que o uso da ferramenta proporcionou uma releitura sobre o fenômeno e modelos discutidos em outros momentos do curso. Dessa forma, o 'maior aprendizado' destacado pelos respondentes pode estar ligado ao fato de que já conhecem os processos e a atividade tenha servido como mecanismo de metacognição, refinando suas concepções e hipóteses sobre o fenômeno.

Para o 2º momento, os respondentes puderam apresentar aspectos que fossem relevantes para a transposição do software para a escola básica. Nos excertos a seguir, agrupamos alguns desses aspectos levantados pelos alunos: (i) melhor visualização dos fenômenos estudados ampliando a relação entre teoria e prática; (ii) maior atenção dos alunos; (iii) forma diferente de ensino; (iv) permite demonstrar a relação entre os experimentos e a teoria; (v) poderá suprimir a deficiência de laboratório de Física nas escolas; (vi) grande facilidade de uso.

Nota-se em (i) e (iv) um apelo à ilustração, à demonstração e ao caráter complementar do laboratório na estratégia do ensino de Física. Os itens (ii) e (iii) apontam o caráter motivacional creditado à ferramenta devido à sua diversidade; porém, o software faria o papel de leitor dos dados capturados a partir de uma câmera digital, e o experimento poderia nem ser diferente do convencional, pois, não raro, teremos apenas a troca da régua e cronômetro pelas indicações do software . Sobre o item (v), há possibilidade de complementar o laboratório tradicional, mas não se trata de substituir os laboratórios existentes e, sim, permitir um refinamento dos dados e resultados, com maior variedade de possibilidades de resolução de problemas e modelagens de fenômenos. A agilidade da coleta de dados aliada ao volume dos dados faz com que se dinamize as atividades, e permite aos alunos proporem soluções e, consequentemente, testá-las.

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Para o 3º momento, temos alguns pontos levantados pelos estudantes, sobre a comparação com os simuladores, como se observa nos agrupamentos: (vii) rapidez para visualização dos dados; (viii) ser gratuito; (ix) fácil manuseio; (x) não possuir todos os recursos de um simulador; (xi) maior propagação de erro nas medidas; (xii) maior precisão dos valores; (xiii) excesso de dados; (xiv) percepção da teoria no mundo real, enquanto nos simuladores os dados são ideais e manipuláveis.

No item (x) observamos o desconhecimento da proposta do software . Por outro lado, parece-nos que há pouco uso efetivo de ferramentas como simuladores, apesar da disponibilidade de software livre com essa finalidade. Há um descompasso quanto a facilidade de acesso aos simuladores pela comunidade estudantil, e seu uso no cotidiano. No item (xiv), nota-se uma deformação, na qual a teoria estaria sendo aplicada ao mundo real e não a teoria sendo usada para explicar o fenômeno ali posto, que em muitos casos é tão artificial e simplória quanto os simuladores.

Para o 4º momento, temos os seguintes agrupamentos destacados pelos respondentes: (xv) o aluno poderá trabalhar com o experimento e manipular os dados junto ao programa; (xvi) possibilidade de análise de diversos fenômenos por meio de gravação de vídeo; (xvii) realização do tratamento de dados; (xviii) possibilidade de tratamento de grande quantidade de dados; (xix) simplicidade de operação do software ; (xx) fácil acesso; (xxi) integração do fenômeno físico à Física teórica utilizando os dados obtidos.

No item (xxi), temos uma tentativa de unificação da Física teórica e da experimental. Talvez pudéssemos destacar dos agrupamentos, mesmo não dito, o uso de modelos teóricos para representar fenômenos naturais. De forma geral, há uma confusão entre recursos do software e aspectos pedagógicos. Apesar do Tracker ter como finalidade, a partir da videoanálise, o teste de hipóteses e, consequentemente, elaboração de modelos a respeito dos fenômenos em questão, os respondentes simplesmente não identificaram o aspecto pedagógico. No item (xv) temos, talvez de forma singela, o apontamento de mudança de estratégia na condução das atividades experimentais. A possibilidade de manuseio dos dados em consonância com a realização do experimento amplia em muito as possibilidades das atividades experimentais. Os alunos podem testar suas estratégias, variando, em alguns casos, a montagem experimental, o posicionamento da câmera em relação ao experimento e refletindo sobre elementos que podem impactar sobre a coleta dos dados. A ação reflexiva e a discussão em grupo são elementos essenciais para aprimoramento das aulas experimentais. A possibilidade de apresentação dos resultados durante a aula e a comparação com resultados dos demais grupos, podem ser o elemento principal para a implementação de software de videoanálise em aulas experimentais.

## Comentários Finais

Diversos fatores corroboram para a eficácia da inserção das TDIC no ensino de Física. Em primeiro lugar a adequação e facilidade de uso da ferramenta proposta pode contribuir quanto a defasagem de formação de professores, especialmente em conhecimentos demasiadamente específicos em tecnologia, sendo que o uso de uma ferramenta relativamente simples pode romper com esse

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obstáculo. Um segundo ponto é exatamente o custo de sua inserção, sendo livre proporciona a democratização ao seu uso, e o custo do dispositivo para obtenção das imagens pode ser reduzido com o emprego de câmeras digitais de celulares, sobre as quais, nossos resultados foram satisfatórios para a obtenção das grandezas físicas.

Acreditamos que a utilização da ferramenta Tracker em cursos de capacitação de professores e cursos de licenciatura poderá ampliar o universo de uso das TDIC e permitir que os profissionais tenham em mãos uma ferramenta apropriada ao uso em seu ambiente de trabalho.

Observamos superficialidade nas respostas dos estudantes. Eles se detiveram aos aspectos básicos e imediatos. Não observamos uma discussão sobre a mudança de prática, seja com o software ou não, o que implica que a simples adoção da ferramenta pode ter pouca eficácia sobre o processo de ensino, sendo necessário que se estimule uma discussão mais aprofundada em relação aos aspectos pedagógicos. Por fim, esperamos que as novas tendências de ensino possam enriquecer o processo de aprendizagem com aporte destes recursos tecnológicos livres.

## Apoio Financeiro: CAPES / Projeto PRODOCÊNCIA/2013

## Referências

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TRIVIÑOS, A. N. S. Introdução à pesquisa em ciências sociais: a pesquisa qualitativa em educação . São Paulo: Atlas, 1987.

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