Os Games e o Ensino de Cinemática.

## OS GAMES E O ENSINO DE CINEMÁTICA

## M. V. R. Andrade¹ e P. V. S. Souza 2

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, Campus Volta Redonda. Rua Antônio Barreiros, 212, Nossa Senhora das Graças, 27215-350 - Volta Redonda, RJ - Brasil, marcus.petroleoegas@gmail.com

2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, Volta Redonda. Rua Antônio Barreiros, 212, Aterrado, Volta Redonda, RJ - Brasil e Universidade Federal Fluminense, Instituto de Física. Av. Litorânea, s/n, Boa Viagem, Niterói, RJ - Brasil, paulo.victor@ifrj.edu.br

## Resumo

Os videogames apareceram na segunda metade dos anos 60 e desde então, tornaram-se cada vez mais populares. Atualmente, milhões de pessoas no mundo são adeptas aos mais diversos jogos. Em especial, os videogames atraem a atenção dos jovens. Nos últimos anos, muitos trabalhos têm sido publicados para reportar propostas de utilização e relatos de experiências do uso videogames como ferramenta de aprendizagem no estudo de ciências, em particular, física. Tais iniciativas compõem uma tentativa de sanar as conhecidas limitações e dificuldades próprias do ensino tradicional. Neste trabalho, apresentamos uma discussão acerca das potencialidades do uso de jogos de vídeo game como ferramenta didática para o ensino de física. Em particular, exemplificamos como os principais conceitos de cinemática, a saber, tempo, distância, velocidade média, velocidade instantânea e aceleração média, podem ser estudados e discutidos usando um jogo de futebol virtual. Softwares de edição de vídeo e edição de imagem são utilizados para analisar o jogo, medir e estimar grandezas físicas. O trabalho também tem como objetivo revitalizar e renovar o ferramental para o estudo de cinemática, tema cada vez mais depreciado no currículo em função dos exageros matemáticos presentes nas abordagens tradicionais. Ademais, apresentamos um breve histórico da evolução dos jogos de videogame e da adequação destes jogos à realidade física. Ao final do texto, discutimos alguns possíveis dividendos da proposta assim como sua aplicabilidade.

Palavras-chave : Ensino de física, cinemática, games, futebol virtual.

## 1 Introdução

A distância entre a realidade cotidiana e o que é ensinado nas escolas é gritante e salta aos olhos, em particular, em física (PIETROCOLA, 2005; SOUZA, 2011; SOUZA, 2012). Neste trabalho, direcionamos nossa atenção à cinemática. Paulatinamente, a cinemática tem ocupado um lugar cada vez mais discreto no currículo de física no ensino médio. A desilusão de professores e alunos com a cinemática se deve, pelo menos em parte, à forma como seus conceitos são comumente trabalhados: distantes da realidade e exageradamente matematizados (SANTOS, 2011). De fato, a distância da realidade e os excessos matemáticos têm prejudicado o desenvolvimento da capacidade de raciocínio dos alunos e contribuído para formação de uma imagem errônea da física, a saber, de que esta é um acúmulo de fórmulas a serem decoradas mnemonicamente e aplicadas em situações evidentemente artificiais. Tal distanciamento antagoniza com importância histórica que o estudo dos movimentos teve para a construção das ciências naturais: a cinemática é o germe da física, como a própria história da ciência testifica. Além

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20 a 25 de janeiro de 2016

disso, a cinemática é particularmente importante na caracterização do papel da linguagem matemática no desenvolvimento e estudo das ciências físicas, como apontado, por exemplo, por Gaspar (1994). Com estas ideias em mente, apresentamos uma discussão das potencialidades dos jogos de vídeo game como ferramenta didática para o ensino de física, em particular, de cinemática. De fato, o uso de games como ferramentas de ensino é amplamente discutido na literatura. (PRICE, 2008; HONEY, 2011; MELLO, 2011; MOHANTY, 2011; BEATTY, 2012; PITTMAN, 2013; STUDART, 2015)

Este texto está organizado da seguinte maneira: inicialmente, apresentamos um breve histórico da evolução dos games de futebol e da relação desta evolução com a física. Em seguida, discutimos como um game de futebol recente pode ser utilizado como ferramenta didática para o estudo da cinemática. Em particular, são apresentados os procedimentos que podem ser realizados para medição de tempos e distâncias no game , e para a estimativa da velocidade e da aceleração no jogo. Finalmente, apresentamos alguns comentários finais pertinentes.

## 2 Os jogos de futebol e o ensino de cinemática

Esta seção é dedicada à descrição da evolução dos games de futebol. Não é de hoje que os games de futebol 'mexem com a cabeça' de crianças, adolescentes e adultos . Na década de 1970, o primeiro jogo de futebol de vídeo game lançado 1 foi o Soccer ® . O jogo foi lançado para fliperama e tinha apenas dois bastões que permitiam o controle de dois jogadores; para variar a direção e velocidade dos chutes bastava tocar a bola em diferentes partes dos bastões. Contudo, a física observada neste jogo é bem distante da realidade uma vez que a bola ganha velocidade à medida que vai sendo rebatida vez após vez pelos bastões. Em 1977 surgiu o Telejogo ® , da Philco ® , com três jogadores. Nele, era possível controlar dois jogadores de linha e um goleiro, lembrando uma partida de totó.

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Figura 01: Representações dos jogos (a) Soccer ® (1970) e (b) Telejogo ® (1977)

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1 A popularidade dos jogos de futebol virtual cresce a cada ano com campeonatos competitivos e premiações em dinheiro. No último campeonato mundial de Pro Evolution Soccer 2016 ® , por exemplo, o vencedor recebeu um prêmio equivalente a R$ 60.000,00.

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O Nasl Soccer ® , da Mattel ® , surgiu em 1979 como o primeiro jogo eletrônico de futebol para consoles. O ponto de vista isométrico e o campo delimitado por linhas (área, grande área, centro do campo) apareceriam em quase todos os games de futebol nos anos seguintes. Neste jogo, a bola se move com velocidade constante, independente da forma como o passe é realizado, o que é uma evidência do ainda enorme distanciamento entre e jogo e a realidade.

Em 1995, o Actua Soccer ® desenvolvido para computadores, foi o primeiro a introduzir o conceito de escolha de câmeras. Com este advento, observou-se um grande salto na jogabilidade e na reprodução simulada da realidade física.

No início dos anos 2000, a Konami ® introduziu o revolucionário Pro Evolution Soccer (PES) ® . Presente até os dias atuais, o jogo seguiu uma linha diferente de seus predecessores, pois se aproxima de uma simulação que traz ao jogador uma experiência mais fidedigna à realidade. Era possível perceber a presença de dificuldades e particularidades que podem ser vistas em partidas de futebol reais. Contudo, mesmo com estas inovações, a velocidade e trajetória da bola observadas no jogo permaneceram irreais.

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Figura 02: Representações dos jogos (a) Actua Soccer ® (1995) e (b) Pro Evolution Soccer ® (2000).

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Em 2014, apareceu finalmente o game de futebol FIFA 14 ® . Tratou-se de um novo divisor de águas nos games de futebol, pelo menos no que tange à adequação da simulação à realidade física, pois finalmente a força de arrasto foi incorporada adequadamente ao modelo e a trajetória da bola tornou-se muito próxima da real. Um caminho similar foi seguido pelas versões atuais do Pro Evolution Soccer ® . Desta forma, ambos podem ser considerados simulações muito próximas da realidade e por isso, são adequadas para nossos propósitos, a saber, de utilizar o jogo como ferramenta didática . 2

Em seguida, apresentamos como pode-se medir o tempo e as distâncias no jogo, além de calcular as velocidades média e instantânea da bola e estimar a

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aceleração da mesma, o que ilustra as potencialidades do uso de jogos de videogame como ferramenta didática. Ademais, acreditamos que o uso deste tipo de ferramenta possa subsidiar o professor e permitir que uma abordagem conceitualmente mais profunda e diversificada do tema possa ser realizada.

## 3 Medindo os tempos no jogo de futebol virtual

Pode-se medir o tempo diretamente no jogo aferindo o cronômetro do jogo, como mostra a figura 3. Quando a medição do cronômetro da partida ficar impossibilitada, medições de tempo podem ser realizadas por meio da produção e análise de um vídeo da partida com softwares de edições de vídeos ( Movie Maker ® , Tracker ® , VirtualDub ® , VideoPad ® ). Em seguida, é preciso comparar o tempo no jogo virtual com o tempo real. Neste caso, utiliza-se uma regra de três simples com base no fato de uma partida real durar 90 minutos e de uma partida no jogo durar 5 ou 10 minutos. No desenvolvimento desta pesquisa, as partidas virtuais duraram 5 minutos. Concordemente, cada minuto no jogo corresponde a 18 minutos na realidade. Acreditamos que esta é uma excelente oportunidade de revisar diversos procedimentos matemáticos de importância como, por exemplo, as regras da proporção.

Figura 03: Circulado de vermelho, no alto da figura, o tempo de Jogo (cronômetro)

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## 4 Medindo as distâncias no jogo de futebol virtual

Pode-se medir as distâncias no jogo diretamente analisando as imagens do jogo com o auxílio de qualquer software de edição de imagens. No desenvolvimento desta pesquisa, utilizamos o software Adobe Photoshop ® , embora seja possível realizar o mesmo com qualquer outro software de edição de imagens. A unidade utilizada por nós para medir as distâncias foi a distância de abertura de pernas dos jogadores, como mostra a figura 4a. Na figura 4b, utilizamos uma corda desenhada no software de edição. A unidade da corda, que nos serve de régua é a abertura de

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pernas dos jogadores . Como antes, é preciso comparar as distâncias no jogo com 3 as distâncias reais. A abertura de pernas usada neste caso foi 0,55 metros, valor obtido a partir das dimensões usuais do corpo humano . Nesta unidade, o campo de 4 futebol virtual possui comprimento (linha lateral) de 156 pernas (85,8 metros) e largura (linha de meta) de 93 pernas (51,15 metros), valores estes compatíveis com as dimensões do campo de futebol real, cujo comprimento (linha lateral) varia entre 90 metros (mínima) e 120 metros (máxima) e cuja largura (linha de meta) varia entre 45 metros (mínima) e 90 metros (máxima). (IPEM, 2011)

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Figura 04: (a) Unidade utilizada nas medições de distância, a abertura de pernas do goleiro e (b) exemplo de corda utilizada na medição das distâncias.

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## 5 Calculando velocidade média

Depois de realizadas medições diretas de distância e tempo no jogo, é possível facilmente calcular a velocidade média da bola no jogo. Por exemplo, ao analisarmos um lance típico do jogo, um chute a gol, a distância entre o ponto de partida da bola e a linha do gol medida foi de 43 pernas, ou seja, 23,65 metros. A bola viajou dos pés do jogador que a chutou até a linha do gol em 1,03 segundo no tempo real . Esta velocidade corresponde à velocidade média aproximada de 23m/s. 5 Trata-se, evidentemente, de um valor consonante com os valores dos chutes medidos diretamente no futebol real . Notavelmente, o inteiro procedimento de 6 estimativa da velocidade média pode ser realizado em poucos minutos pelos próprios alunos, o que enfatiza o seu valor e as potencialidades da abordagem. De fato, a realização do procedimento de estimativa atribui um significado funcional à conhecida fórmula matemática que define a velocidade média.

6 Pelo que se sabe, o chute mais veloz já realizado foi por Francisco Javier Galan Marin em 2001. Neste caso, a bola alcançou uma velocidade de 129 km/h, segundo livro dos recordes (GLENDAY, 2008).

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## 6 Calculando velocidade instantânea

É possível também calcular a velocidade instantânea no jogo. Neste caso, produzimos um vídeo do jogo usando o aplicativo do Youtube ® para PS4. Em seguida, usamos o software VideoPad ® para acessar o vídeo frame a frame. Neste caso, tomamos dois frames seguidos e aplicamos a corda já utilizada anteriormente como régua para medir a distância percorrida pela bola entre um frame e outro. O intervalo de tempo segue diretamente do software VirtualDub ® . Na verdade, a precisão do procedimento depende exclusivamente da precisão do software utilizado, o que em geral pode ser modificada. Procedimentos similares já foram utilizados com o mesmo intuito na literatura (SOUZA, 2012; SOUZA, 2013b). Este procedimento permite discutir o conceito de velocidade instantânea de uma forma razoavelmente rigorosa conceitualmente, uma vez que o conceito de velocidade instantânea é construído por meio de ações concretas, ao invés de definido. Além disso, o contexto do aprendizado é comum a maior parte dos jovens e é subtraído da realidade vivida e observada por eles.

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Figura 05: (a) Tempo de 0,482 milésimos de segundo real no primeiro frame, e (b) Tempo de 0,587 milésimos de segundo real no segundo. Com frames seguidos é possível medir a diferença entre as cordas com a nossa unidade 'Pernas'

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## 7 Calculando Aceleração Média

Dotados da capacidade de estimar a velocidade instantânea, basta calcular duas velocidades instantâneas em instantes diferentes, tomar a diferença e dividir pelo intervalo de tempo entre os instantes de um modo análogo ao proposto na referência (SOUZA, 2013a). Cabe ressaltar que, neste caso, realiza-se uma aproximação por supor que a aceleração é constante . A aproximação é tão melhor 7

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quanto menor for o intervalo de tempo que separa os instantes onde foram medidas as velocidades instantâneas.

- O estudo do conceito de aceleração nesse molde é importante porque embora fundamental para a compreensão da física como um todo, o conceito é de difícil compreensão e aplicação, o que implica na criação e manutenção de concepções ingênuas sobre o tema por parte dos alunos. Em outras palavras, os alunos se mostram incapazes de associar a nova grandeza a algum processo e/ou conceito com o qual já esteja familiarizado; quando o faz, enquadra a nova grandeza à sua própria visão da realidade, que não necessariamente corresponde à interpretação correta dos fenômenos (MCDERMOTT, 1981; LABURU, 1987; LABURU, 1993; ARONS, 1997).

## 8 Considerações finais

Neste trabalho apresentamos os resultados preliminares de uma pesquisa ainda em desenvolvimento no Instituto Federal do Rio de Janeiro, campus Volta Redonda, cujo objetivo é investigar e desenvolver o uso de videogames no ensino de ciências, em particular, no ensino de física.

Especificamente, apresentamos uma discussão acerca das potencialidades do uso de jogos de vídeo game como ferramenta didática para o ensino de física. Exemplificamos como os principais conceitos de cinemática, a saber, tempo, distância, velocidade média, velocidade instantânea e aceleração média, podem ser estudados e discutidos usando um jogo de futebol virtual. Todos os recursos utilizados são acessíveis e adequados à realidade de qualquer escola pública.

Uma aplicação piloto foi realizada com um pequeno número de alunos e atualmente, trabalhamos na elaboração de uma inteira proposta de intervenção que utiliza a ferramenta descrita neste texto. Trabalhamos também no desenvolvimento de uma segunda ferramenta didática, neste caso, devotados à mecânica.

## Referências

ARONS. A. Teaching Introductory Physics . John Wiley &amp; Sons, INC., 1997;

BEATTY. I. D. Improving Physics Instruction by Analyzing Video Games. University of North Carolina at Greensboro, Department of Physics &amp; Astronomy. Proceedings of the Physics Education Research Conference (PERC), Philadelphia, PA, 2012;

GLENDAY, C. Guiness Book of World Records 2008 . Sterling Publishing Company, 2007;

GASPAR. A. O 'R' de retilíneo . Caderno Catarinense de Ensino de Física, Florianópolis, v.11, n.1, p.7-10, abril, 1994;

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HONEY, Margaret A. et al. (Ed.). Learning science through computer games and simulations . National Academies Press, 2011;

IPEM. Almanaque do IPEM - SP. Instituto de Pesos e Medidas do Estado de São Paulo, 2011. Disponível: &lt;https://ipemsp.wordpress.com/2011/09/26/medidas-docampo-de-futebol/&gt;. Acessado em 13 de maio de 2016.

LABURU. C.E. Desenvolvimento e aprendizagem do conceito de aceleração em adolescentes. 1987. 288p. Tese (Mestrado em ensino de ciências) - Universidade de São Paulo, São Paulo;

LABURU. C.E. e CARVALHO. A.M.P. Noções de Aceleração em adolescentes: uma Classificação. Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v.15, n.61, p. 1-4, 1993;

McDERMOTT. L. C. e TROWBRIDGE. D.E. Investigation of student understanting of the conception of acceleration in one dimension , American Journal of Physics, 49(3), p. 242-53, 1981;

MELO. M. G. A. M. Física no ensino fundamental: utilizando o jogo educativo 'viajando pelo universo' . 2011. 99p.Dissertação de Mestrado em ensino de ciências exatas apresentada ao Centro Universitário UNIVATES. Lajeado, RS;

MOHANTY, S. D.; CANTU, S. Teaching introductory undergraduate physics using commercial video games . Physics Education, v. 46, n. 5, p. 570, 2011;

PIETROCOLA. M. Construção e realidade: o papel do conhecimento físico no entendimento do mundo em Ensino de Física, Conteúdo, metodologia e epistemologia numa concepção integradora, 2ª edição, organizador: Maurício Pietrocola, Editora da UFSC, Florianópolis, 2005;

PITTMAN. C. Teaching With Portals: the Intersection of Video Games and Physics Education. LEARNing Landscapes. v. 6, n. 2, Spring, 2013;

PRICE, C. B. Learning physics with the Unreal Tournament engine . Physics Education, v. 43, n. 3, p. 291, 2008;

SANTOS. J. L. AGUIAR. C. E. MIRON. A. Modelos cinemáticos no atletismo e natação. In: XIX Simpósio Nacional de Ensino de Física, Manaus, AM, 2011;

SOUZA. P. V. S. Uma abordagem para os conceitos de velocidade e aceleração no ensino médio. 2011. 55p. Tese (Mestrado em ensino de física) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro;

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