O LABORATÓRIO REMOTO DE FÍSICA DA UNIFEI: UM ESPAÇO FORMATIVO SOB DIFERENTES PERSPECTIVAS

## O LABORATÓRIO REMOTO DE FÍSICA DA UNIFEI: UM ESPAÇO FORMATIVO SOB DIFERENTES PERSPECTIVAS

## Thiago Costa Caetano 1 , Mikael Frank Rezende Junior , Camila Cardoso 2 Moreira 3, Cintia Torres Lemes Galvão 4

- 1 Universidade Federal de Itajubá/Instituto de Física e Química, tccaetano@unifei.edu.br

## Resumo

No contexto educativo atual, o cidadão deve ser preparado para viver em uma sociedade onde os recursos tecnológicos são abundantes e renovam-se rapidamente. Portanto, além de preparar os alunos para que possam se posicionar de maneira crítica frente às tecnologias, a educação deve garantir que ele seja capaz de continuar seu aprendizado sobre esses recursos mesmo após a fase escolar. Este cenário nos leva a repensar a formação de professores, tornando-se fundamental instrumentalizar esses profissionais tanto do ponto de vista pedagógico quanto do ponto de vista técnicometodológico, objetivando um novo paradigma curricular que se vê despontar e tomar forma a partir das diretrizes educacionais. Pensando em contemplar essas dimensões formativas, encontramos um ponto de convergência nos laboratórios de acesso remoto para o ensino de Física. Neste trabalho apresentamos o laboratório remoto de Física da Unifei e, pensando nesse espaço como um ambiente formativo, apresentamos diferentes olhares sobre o seu desenvolvimento. Para tanto, entrevistamos diferentes sujeitos envolvidos com este espaço, a saber, o docente responsável pelo projeto do laboratório, uma aluna de graduação que desenvolve ali uma pesquisa de Iniciação Científica, o coordenador do curso de Licenciatura em Física e o coordenador de curso de pós-graduação em área afim da Unifei. Buscamos analisar e confrontar esses olhares em busca de elementos consensuais e também aspectos promissores no tocante à formação, para os quais devam ser direcionados os esforços do grupo. Os aspectos insatisfatórios ou deficientes apontados, por outro lado, podem nutrir-se de um olhar crítico na medida em que isso fornece os elementos necessários para a reestruturação dos processos.

Palavras-chave : Laboratório remoto, Ensino de Física, Formação de professores, Atividades experimentais.

## Introdução

Formar professores com vistas ao trabalho com as novas tecnologias, seja na formação inicial ou na sua formação continuada, tem sido continuamente discutido por diversos autores (ARAÚJO & VEIT, 2004; MARTINS, GARCIA & BRITO, 2001) não apenas em relação ao uso dessas tecnologias em sala de aula como um simples aparato tecnológico, muitas vezes dispensável e injustificável; mas sim, como um elemento teórico fundamental dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN e PCN+), onde a educação e sociedade constituem vertentes indissociáveis da formação do cidadão. Nessa concepção, pressupõe-se que o cidadão deve ser preparado pelo processo educativo para viver em uma sociedade onde os recursos tecnológicos são abundantes e renovam-se rapidamente. Assim, além de preparar

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os alunos para que possam se posicionar de maneira crítica frente às tecnologias e tendo consciência dos benefícios e malefícios para a sociedade e o ambiente, a educação deve garantir que ele seja capaz de continuar seu aprendizado sobre esses recursos mesmo após a fase escolar. De acordo com os PCN+,

- [...] o novo ensino médio, nos termos da lei, de sua regulamentação e de seu encaminhamento, deixa de ser, portanto, simplesmente preparatório para o ensino superior ou estritamente profissionalizante, para assumir necessariamente a responsabilidade de completar a educação básica. Em qualquer de suas modalidades, isso significa preparar para a vida, qualificar para a cidadania e capacitar para o aprendizado permanente, em eventual prosseguimento dos estudos ou diretamente no mundo do trabalho.

Considerando essa perspectiva mais ampla e orgânica para as relações entre sociedade e conhecimento, a perspectiva em que a formação é pensada a partir de competências que devem ser desenvolvidas pelos alunos, é natural e necessário (re)pensarmos a formação de professores, onde torna-se fundamental instrumentalizar esses profissionais tanto do ponto de vista pedagógico quanto do ponto de vista técnico-metodológico, objetivando um novo paradigma curricular que se vê despontar e tomar forma a partir das diretrizes educacionais.

Estreitando um pouco o nosso olhar sobre o cenário educacional, focalizamos uma outra área que é tema de intensas e duradouras discussões, as quais também sinalizam para a questão da formação de professores: a utilização das atividades experimentais no ensino de ciências. Embora existam diferentes abordagens para o laboratório didático, com diferentes pressupostos teóricos para a aprendizagem e diferentes concepções epistemológicas, pode-se dizer que, de uma forma geral, a utilização de atividades experimentais contribui para o desenvolvimento de habilidades e competências específicas consideradas fundamentais para a formação do cidadão, como, por exemplo, a observação e a interpretação de fenômenos cotidianos consubstanciadas em elementos científicos; a análise contextualizada de problemas com o propósito de embasar o processo de tomada de decisões respeitando a indissociabilidade das vertentes ciência, tecnologia e sociedade, entre outras.

Os nossos anseios em contemplar ambas as dimensões do processo de formação de professores, as quais foram explicitadas - a formação do docente para atuar em um ensino pautado em competências em um cenário permeado pela tecnologia e o planejamento adequado da utilização das atividades experimentais no ensino de ciências - encontraram um ponto de convergência no desenvolvimento do laboratório remoto de Física da Universidade Federal de Itajubá (Unifei).

Este laboratório é composto por diversos experimentos de Física de várias áreas. Os experimentos são automatizados para permitir que sejam operados remotamente. Muito embora o ato seminal desse laboratório tenha surgido há alguns anos, por volta de 2012, o seu desenvolvimento expressivo ocorreu apenas recentemente, no ano de 2015, com a inauguração do prédio do Instituto de Física e Química (IFQ) da Unifei, onde uma área de aproximadamente 70 m foi destinada a 2 esse espaço.

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A escolha por um laboratório de acesso remoto não foi casual. Entendemos que este tipo de laboratório representa uma união inteligente da experimentação e das tecnologias, sendo um sucessor mais avançado das simulações computacionais e os modelos de realidade aumentada (MEDEIROS & MEDEIROS, 2002; ARAÚJO & VEIT, 2005; FORTE & KIRNER, 2009). Diferente desses últimos, o laboratório de acesso remoto não traz as limitações dos modelos, tampouco as rotinas controladas e pré-programadas das simulações - ele reproduz a experiência real de manipular uma montagem didática com todas as suas variáveis, incluindo as possibilidades de erro, as influências dos elementos não-ideais (corda com massa, atrito entre componentes, resistência do ar, etc.) e os demais elementos que caracterizam uma atividade de laboratório regular (LOPES, 2007; MOSSIN, 2007; CARDOSO & TAKAHASHI, 2011).

Embora alguns grupos de pesquisa divulguem seus primeiros trabalhos com experimentos de acesso remoto, não há na literatura da área grandes referências a respeito do tema, que é relativamente novo e passa por uma fase de consolidação e ampliação. Por essa razão, temos olhado nosso espaço como um ambiente propício à pesquisa em Ensino de Física e aberto nossas criações à análises e reflexões, a fim de subsidiar os trabalhos futuros e apresentar, também, propostas de referenciais teóricos que relacionem a experimentação remota ao ensino e à aprendizagem de Física.

A partir do início de suas atividades, percebemos que o desenvolvimento do laboratório remoto poderia significar mais que um recurso didático voltado para a comunidade externa à universidade e uma linha de pesquisa dentro do grupo de pesquisa, pois o envolvimento dos alunos do curso de licenciatura em Física e de pós-graduação poderiam acrescentar à sua formação um espaço para experiências em um contexto que integra a dimensão pedagógica da sua formação e os conteúdos específicos. A título de ilustração, o desenvolvimento do experimento designado por ondas estacionárias integra as seguintes linhas de trabalho: a) projeto de componentes mecânicos necessários ao experimento; b) modelagem dos componentes em programas computacionais do tipo CAD ( Computer Assisted Design ); c) concepção e construção de circuitos impressos programáveis; d) elaboração de material didático auxiliar e planejamento pedagógico das interfaces gráficas; e) suporte pedagógico voltado ao uso do experimento; f) desenvolvimento de websites e material de divulgação e g) planejamento e oferta de cursos para a formação continuada de professores.

Assim, nesse trabalho apresentaremos diferentes olhares sobre o desenvolvimento do laboratório e de seus experimentos, na forma de um relato, pressupondo este como um espaço de formação. Para tanto, entrevistamos diferentes sujeitos envolvidos com este espaço, a saber, o docente responsável pelo projeto do laboratório, uma aluna de graduação que desenvolve ali uma pesquisa de Iniciação Científica, o coordenador do curso de Licenciatura em Física e o coordenador de curso de pós-graduação em área afim da Unifei. Objetivaremos assim analisar e confrontar esses olhares em busca de elementos consensuais e também aspectos promissores no tocante à formação, para os quais devam ser direcionados os esforços do grupo. Os aspectos insatisfatórios que possam ser apontados, por outro lado, podem nutrir-se de um olhar crítico na medida em que isso fornece os elementos necessários para a reestruturação dos processos.

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## A perspectiva discente sobre o laboratório como um espaço de formação

De acordo com a discente, o desenvolvimento de experimentos de acesso remoto envolve diversas etapas, da escolha dos experimentos à sua construção e utilização. É preciso olhar para as demandas apresentadas para o ensino de conteúdos científicos, para os métodos de aplicação da atividade, o contexto onde será inserido e o quão significativo o mesmo será para a aprendizagem do aluno. Neste contexto, nota-se um vasto campo de aprendizagem para a formação de um futuro docente. Além disso, seu uso traz à tona a demanda, apresentada nos documentos oficiais, de tornar a tecnologia parte do processo de ensinoaprendizagem e também da maior inserção de atividades experimentais no ensino da Física.

- O futuro docente tem ainda a possibilidade de compreender e analisar os objetivos da experimentação e de dominar os aspectos técnicos e físicos de cada experimento. Como relatou a discente,
- O experimento é construído olhando para a própria física, dando a possibilidade, por exemplo, de trabalhar questões como o atrito e torque entre as partes mecânicas, permitindo uma compreensão abrangente sobre os fenômenos físicos envolvidos em uma situação real. Uma dessas situações aconteceu com o experimento de Ondas Estacionárias. Apesar de já estar concluído, o motor conectado à corda não estava sendo eficaz e foi preciso trabalhar com um novo conjunto de engrenagens para melhorar a eficiência do experimento.

Esse episódio exigiu dos licenciandos envolvidos relacionar seus conhecimentos teóricos à situação real ali vivenciada, adicionados ainda aos conhecimentos técnicos de eletrônica e modelagem tridimensional.

Além dessa percepção ampla sobre a Física, uma das maiores contribuições que a participação no laboratório de acesso remoto pode dar ao futuro docente é quanto aos conhecimentos pedagógicos. A discente relatou que é preciso olhar além do conteúdo a ser estudado no experimento e pensar nas abordagens mais apropriadas para sua aplicação, prever as possíveis dificuldades em sua utilização pela comunidade escolar, planejar as competências que se pretende desenvolver e também refletir sobre suas potencialidades em criar situações investigativas, de resolução de problemas, contribuindo, em alguma medida, para uma formação mais autônoma e crítica dos estudantes.

Um último aspecto importante a ser citado está relacionado ao suporte oferecido aos professores da educação básica na utilização dos experimentos. Enquanto pesquisadores do ensino da física e futuros docentes, cabe aos licenciandos envolvidos elaborar um material de apoio técnico e pedagógico aos professores, auxiliando-os no uso do laboratório de modo que explorem ao máximo suas potencialidades:

[...] Mais uma vez esse trabalho integra os conhecimentos específicos da Física que são ampliados ao longo do curso, com os estudos da Didática, da Educação em Ciências e as experiências vivenciadas nas Práticas de Ensino e no estágio. Pensar nos professores que já estão em exercício e

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identificar suas dificuldades e necessidades leva a uma reflexão constante sobre a prática docente e leva a uma formação muito mais consciente, contextualizada e humana.

## A perspectiva docente sobre o laboratório como um espaço de formação

A conversa com o docente responsável pelo projeto do laboratório trouxe uma visão muito mais ampla sobre suas potencialidades enquanto espaço formativo. De acordo com ele, o envolvimento dos alunos de licenciatura em projetos dessa natureza é fundamental, onde exige-se que esses possuam uma visão integradora dos conhecimentos específicos e pedagógicos, e que devem ser trabalhados ao longo do curso. Como docente coordenador do projeto e também docente de disciplinas do curso de licenciatura, tem-se um referencial a partir do qual é possível ver de forma mais abrangente toda a formação desses alunos e notar, assim, os pontos frágeis desse processo.

Sobre a experiência dos os estudantes no laboratório, ele relata que, durante os primeiros contatos dos alunos com o trabalho de desenvolvimento do laboratório remoto, é possível perceber que eles possuem noções ainda limitadas e estanques dos conceitos físicos. Com um pouco de convivência nota-se que os modelos que eles um dia elaboraram para determinados fenômenos físicos e suas compreensões de alguns conceitos, já considerando a superação do senso comum, ainda não estão completamente consolidados e frequentemente se deparam com situações conflituosas do ponto de vista cognitivo. Essas situações são vistas como experiências positivas, pois contribuem para a reestruturação, para o refinamento dos seus modelos e para o aprofundamento das suas compreensões sobre os conceitos físicos na medida em que o conflito alavanca a busca por respostas, por evidências, enfim, a busca por qualquer elemento que possa auxiliá-los a resolverem a situação que deu origem ao conflito. Esse ponto constitui uma das principais contribuições que a atividade de desenvolvimento de experimentos para o laboratório remoto pode oferecer para a formação dos licenciandos, uma vez que, segundo o docente, situações como a mencionada ocorrem de forma recorrente.

Exemplificando a importância dessas situações, o docente apontou:

Suponhamos o desenvolvimento de um experimento que pode ser controlado remotamente, sobre propagação de ondas em uma corda. Para seu sucesso, o aluno precisa conhecer o fenômeno e todos os conceitos físicos relacionados, caso contrário sua construção encontrará inúmeros problemas. Também é necessário que ele saiba discernir os aspectos relevantes do experimento, pois é preciso projetar como uma pessoa irá manipular o experimento à distância e isso requer o projeto de componentes mecânicos, eletrônicos e computacionais, e a posterior produção desses componentes. O projeto de cada um deles requer competências e conhecimentos diversos que, por vezes, extrapolam os limites da própria Física e apresentam-se naturalmente de forma contextualizada, na medida em que nenhum aspecto do experimento pode ser considerado de forma isolada. Assim, além dos tópicos, tornam-se importantes as relações entre eles e a relação da ciência com a tecnologia.

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Esse ponto levantado pelo docente é considerado a contribuição mais ampla e significativa para a formação dos licenciandos do ponto de vista do domínio do conteúdo Físico e suas aplicações.

Por fim, ainda no processo de concepção e construção de um experimento do laboratório, o docente aponta que é preciso que os licenciandos pensem sobre as questões didáticas e pedagógicas. Continuando o exemplo anterior, ele lembra que é preciso cuidar para que quem realiza o experimento possa visualizar o fenômeno da maneira mais adequada possível. Não se deve negligenciar que a apresentação do experimento pode interferir na forma como ele será utilizado, o que pode comprometer os objetivos pedagógicos. A interface computacional precisa ser pensada de forma a facilitar a manipulação dos parâmetros experimentais e fornecer as informações de maneira clara, quaisquer que sejam, e de maneira adequada ao nível de ensino. Isso passa, evidentemente, por questões fundamentais à formação dos licenciandos, como transposição didática e abordagens para o laboratório didático. O exercício da dimensão pedagógica é considerado o terceiro ponto tido como uma contribuição para a formação dos licenciandos.

## A perspectiva da coordenação do curso

Buscamos também conversar com o coordenador do curso de Licenciatura em Física para ouvir suas considerações acerca do laboratório remoto como espaço formativo. O docente fez suas considerações tomando como base os documentos oficiais que regem a educação básica. Conforme mencionado no parecer 2/2015 do Conselho Nacional de Educação (CNE), entre as diretrizes estabelecidas no artigo 2º do Plano Nacional da Educação (PNE), aprovado pelo congresso nacional e sancionado em 2014, estão:

V - formação para o trabalho e para a cidadania, com ênfase nos valores morais e éticos em que se fundamenta a sociedade; […] VII - promoção humanística, científica, cultural e tecnológica do País;

No mesmo parecer, na seção 2.1, que trata da Base Nacional Comum e organicidade da formação, ratifica que a formação inicial e continuada de professores deve contemplar 'sólida formação teórica e interdisciplinar dos profissionais'. Pouco mais adiante, na seção 2.2, afirma-se que o(a)

- […] egresso(a) da formação inicial e continuada deverá possuir um repertório de informações e habilidades composto pela pluralidade de conhecimentos teóricos e práticos, resultado do projeto pedagógico e do percurso formativo vivenciado […]

Os recortes apresentados revelam uma perspectiva educacional de valorização de características como interdisciplinaridade, pluralidade do conhecimento, formação para o trabalho e para a cidadania, entre outras. É válido indicar também a promoção científica e tecnológica como diretrizes do PNE, dentro dessa perspectiva. Conforme as políticas educacionais balizadas por tais preceitos, surge a necessidade de adequação dos cursos de formação inicial e continuada de profissionais do magistério da educação básica. Isso passa pelas questões estruturais, a fim de que os cursos atendam a carga horária mínima necessária para

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- a formação desses profissionais, e pelo planejamento devem prover as ações necessárias para o atendimento das dimensões citadas.

Ainda, o docente aponta que

- [...] tratando de forma pontual a atividade de desenvolvimento de experimentos de Física no laboratório remoto da Unifei, podemos afirmar que a atividade contempla diretamente, e de forma articulada, várias ações que estão no cerne da resolução do CNE, pois ao se envolver no desenvolvimento de um experimento, o aluno tem a oportunidade de olhar para o conteúdo em um contexto totalmente diferente daquele da sala de aula, um contexto onde as questões pedagógicas e o conteúdo de Física precisam ser analisados de forma articulada. É uma oportunidade ímpar para a resolução de problemas reais, semelhantes aos que são encontrados em nossa vivência social e profissional.

Segundo a coordenação, considerando o nível tecnológico que é empregado no desenvolvimento de uma atividade dessa natureza, é razoável esperar que os alunos também desenvolvam sua compreensão sobre esses recursos e aprendam sobre suas aplicações e impactos, onde pesquisas devem ser estabelecidas para estabelecer um olhar crítico sobre o emprego da tecnologia à medida em que possam conhecer, analisar e refletir sobre as relações entre a tecnologia, a ciência e seus impactos e retornos à sociedade.

## A perspectiva da pós-graduação

- O docente coordenador do curso de pós-graduação em Educação em Ciências da Unifei também compartilhou suas considerações. De acordo com ele, os laboratórios remotos apresentam uma nova e real perspectiva em relação as atividades experimentais, ampliando em uma via de mão dupla o acesso para utilização de equipamentos laboratoriais. Minimizam, ainda, diferenças entre cursos presenciais, semipresenciais e a distância, visto que na dinâmica adotada para seu funcionamento, o acesso e monitoramento é remoto em qualquer modalidade, bem como a comunicação entre usuários e operadores.

Ele continua apontando que, no caso do programa em questão, que conta com uma linha de pesquisa de Educação e Tecnologia, as atividades em desenvolvimento no Laboratório Remoto de Ensino de Física fortalecem e ampliam o horizonte de pesquisas para os estudantes e pesquisadores, com uma temática atual e relevante à comunidade de pesquisadores da área e promovendo uma melhor articulação entre Pesquisa, Pós-Graduação e Graduação, presencial e a distância.

Entretanto, o docente fez também um alerta importante:

- [...] apesar de todas as potencialidades que observamos na literatura especializada, existe a necessidade de pesquisas tanto em ações pontuais quanto em uma dimensão mais ampla naquilo que envolve as ações dos laboratórios remotos. Acredito que esta área ainda carece de muitos trabalhos de implementação e pesquisa visando uma maior exploração e ampliação.

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## Considerações finais

Nesse trabalho foi proposto apresentar a percepção sobre uma atividade referente a construção e execução de atividades de um laboratório remoto de Física em uma Universidade Pública brasileira, e analisar possíveis convergências, aspectos positivos e negativos dessa atividade, tendo como pressuposto este como um espaço de formação.

Após a análise dos relatos dos entes envolvidos nesse processo (licenciando, coordenador do laboratório, coordenadores de curso de graduação e de pós-graduação), parece haver um consenso de que há um alto potencial relacionado aos aspectos tecnológicos, interdisciplinares e didáticos. Além desses aspectos, as relações entre essas dimensões parece ser algo naturalmente presente, o que vai ao encontro das diretrizes do PNE e está em consonância com a resolução 2/2015 do CNE. Ainda segundo esses documentos, outras dimensões da formação, como a humanística e cultural, foram pouco evocadas nas considerações apresentadas nesse trabalho. Discussões posteriores sobre os resultados alcançados poderiam auxiliar na promoção da aprendizagem dos conceitos de uma forma mais contextualizada, ofertando contribuições diretas às diversas etapas na formação inicial e continuada de professores.

## Referências

ARAÚJO, I. S.; VEIT, E. A. Uma Revisão da Literatura Sobre Estudos Relativos a Tecnologias Computacionais no Ensino de Física. Revista Brasileira de Pesquisa em Ciências , v. 4, n. 3, p. 5-18, 2004.

CARDOSO, E. C.; TAKAHASHI, E. K. Experimentação remota em atividades de ensino formal: um estudo a partir de periódicos Qualis A. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências , v. 11, n. 3, 2011.

FORTE, C. E.; KIRNER, C. Software educacional potencializado com realidade aumentada para uso em física e matemática . Dissertação de Mestrado. 215 p. Universidade Metodista de Piracicaba, 2009.

LOPES, S. P. M. L. Laboratório de acesso remoto em Física . Tese de Doutorado. Universidade de Coimbra, 2007.

MARTINS, A. A.; GARCIA, N. M. D.; BRITO, G. S. O Ensino de Física e as Novas Tecnologias de Informação e Comunicação: uma análise da produção recente . In: Simpósio Nacional de Ensino de Física, Manaus, 2011.

MEDEIROS, A.; MEDEIROS, C. F. Possibilidades e limitações das simulações computacionais no ensino da Física. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 24, n. 2, p. 77-86, 2002.

MOSSIN, E. A. Laboratório remoto para ensino a distância de sistemas de controle distribuído . Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo, 2007.

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