Desenvolvimento de objeto aprendizagem para analogia entre a lei de Coulomb e gravitação

## DESENVOLVIMENTO DE OBJETO APRENDIZAGEM PARA ANALOGIA ENTRE A LEI DE COULOMB E GRAVITAÇÃO

Marina Sparvoli , Fábio O. M. Jorge , Layla M. Jorge 1 2 2

- 1 Universidade Federal do ABC UFABC/Centro de Matemática, Computação e Cognição CMCC, marinsparvoli@yahoo.com.br
- 2 Universidade de São Paulo USP/Instituto de Física da USP IFUSP, fjestel@gmail.com, layla.moraes@usp.br

## Resumo

Neste trabalho foi desenvolvido um objeto aprendizagem (OA) com o intuito de se entender a Lei de Coulomb e Gravitação. O projeto elaborado tem como principal objetivo a apresentação dos conceitos de Lei de Coulomb e Gravitação com o propósito de se fazer uma analogia entre elas. Espera-se que o aprendizado seja mais interessante pelo fato de se associar um fenômeno que ocorre em micro escala com um fenômeno que ocorre em macro escala. Um objeto Aprendizagem é uma tecnologia de informação e comunicação (TIC). O projeto elaborado tem como principal objetivo a apresentação dos conceitos de Lei de Coulomb e Gravitação com o propósito de se fazer uma analogia entre elas. Para a elaboração do OA, foi utilizada a metodologia INTERA (Inteligência, Tecnologias Educacionais e Recursos Acessíveis), criada na Universidade Federal do ABC; ela foi inspirada em processos de desenvolvimento de software e no modelo ADDIE para desenvolvimento de conteúdos instrucionais, é uma metodologia iterativa, que sugere o 'ir e vir' em suas etapas. A animação do OA se baseou na utilização do software Scratch, tecnologia open source criada pelo MIT e disponibilizada gratuitamente, baseada nas linguagens Logo e Squeak, mas que pretende ser mais simples, fácil de utilizar e mais intuitiva.

Palavras-chave : Lei de Coulomb, Gravitação, INTERA, Scratch

## Um Panorama

Chamamos de Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) aos procedimentos, métodos e equipamentos para processar informação e comunicar que surgiram no contexto da Revolução Informática, Revolução Telemática ou Terceira Revolução Industrial, desenvolvidos gradualmente desde a segunda metade da década de 1970 e, principalmente, nos anos 90 do mesmo século. Estas tecnologias agilizaram e tornaram menos palpável o conteúdo da comunicação, por meio da digitalização e da comunicação em redes para a captação, transmissão e distribuição das informações, que podem assumir a forma de texto, imagem estática, vídeo ou som. Considera-se que o advento destas novas tecnologias e a forma como foram utilizadas por governos, empresas, indivíduos e setores sociais possibilitaram o surgimento da Sociedade da Informação (RAMOS, 2014) e (RAMOS, 2008).

Sendo nossa sociedade uma democracia, pressupõe-se que o processo de aprendizagem deveria se dar de forma igualitária, cada cidadão sendo educado e

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23 a 27 de janeiro de 2017

obtendo conhecimento da mesma forma. Mas é um fato que isto não procede. É bem sabido que a educação é ministrada de forma diferente para as diversas camadas da sociedade e as pessoas mais carentes não possuem o mesmo acesso que as pessoas mais abastadas ao saber. Na Sociedade da Informação, o conhecimento é considerado como manifestação de poder, e desta forma, quem o detém é capaz de alterar as relações sociais estabelecidas, visto que, ao produzir um conhecimento estamos contribuído para uma mudança social. Neste sentido, com o avanço tecnológico, as relações de poderes são alteradas constantemente (CABRAL, 2015).

- A Internet poderia ser pensada, na atualidade, como o ápice de desenvolvimento tecnológico. Poderiamos pensar nela como uma ferramenta que veio para diminuir as desigualdades e como meio de se desenvolver o ensino à distância (EaD), levando informação e saber para aqueles que por motivo da distância ou mesmo falta de tempo não poderiam se dedicar à atividade de aprendizagem. Além de promover a igualdade e, de certa forma a justiça, o EaD também pode ser utilizado como complemento em disciplinas presenciais. É fundamental o uso de TICs no ensino a distância. Com a utilização de ferramentas adequadas essa tecnologia é muito útil para o desenvolvimento da ementa, podendo ser utilizada em várias disciplinas, a tecnologia vem tomando seu devido espaço na educação.
- O uso de softwares computacionais para aprendizagem vem evoluindo significativamente: não é no sentido de usar uma maquina como substituta do professor e sim defendendo o uso das tecnologias da informação e comunicação (TICs) como mediadoras no ensino, pois é uma ferramenta que vem evoluindo rapidamente e transformando o aluno de passivo a ativo na construção de seu conhecimento (RAMOS, 2014). É significativo para uma pessoa quando ela passa de mero expectador para o papel de ator; o saber acaba sendo assimilado muito mais facilmente e de maneira bem mais agradável. O modo de ensino tradicional não possui as características necessárias para acompanhar a Sociedade de Informação e muitas vezes é monótono, portanto é fundamental inovar e implementar o quanto antes o uso de TICs. O uso das TICs como auxílio no ensino geralmente é introduzido através de disciplinas ministradas no ensino superior, ligadas à Informática e linguagem de programação, onde as mais utilizadas geralmente são Java, Pascal, Python ou C. No entanto foi criada uma nova linguagem de programação chamada Scratch , surgindo através da linguagem Logo e também baseada no jogo de montar peças, o Lego; o Scratch é muito mais acessível que outras linguagens de programação utilizadas na informática. Por se utilizar de uma interface gráfica que permite que programas sejam construídos como blocos de montar, é uma linguagem de programação simples, mas muito proveitosa, pois tem as ferramentas necessárias para que o aluno aprenda interagindo com o computador.

## Scratch

- O Scratch é uma linguagem gráfica de programação desenvolvida no Media Lab do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), baseada nas linguagens Logo e Squeak, mas que pretende ser mais simples, fácil de utilizar e mais intuitiva. Divulgada em maio de 2007, a ferramenta é um software gratuito, onde não é

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preciso digitar funções ou endereços, é uma linguagem de programação visual. Foi criada com o propósito de introduzir a programação e a conceitos matemáticos, ao mesmo tempo em que incentiva o pensamento criativo, o raciocínio sistemático e o trabalho colaborativo (NETO, 2013), (PEREIRA, 2012), (FESAKIS, 2009), (MALONEY, 2008), (MALAN, 2007), (RESNIK,2009) e (RUF, 2014). A proposta do software é levar o usuário a um processo de aprendizado contínuo, em uma sequência que envolve criação, experimentação, compartilhamento e reflexão, que leva a mais criação, resultando na expansão de suas habilidades, conhecimento e competências, na 'espiral do pensamento criativo' descrita por Resnick (MÉLO, 2011).

- O termo Scratch provém da técnica de scratching utilizada pelos DiscJockeys do Hip-Hop que para realizar misturas musicais mais atrativas e inesperadas, giram os discos de vinil com as mãos para frente e para trás. Assim, com o Scratch é possível misturar mídias, tais como imagens, gráficos, sons e músicas, para a criação de histórias interativas, de jogos ou de animações, por exemplo.

## INTERA

- O objeto aprendizagem (OA) foi desenvolvido baseado na metodologia INTERA. A Metodologia INTERA (Inteligência, Tecnologias Educacionais e Recursos Acessíveis) foi inspirada em processos de desenvolvimento de software e no modelo ADDIE para desenvolvimento de conteúdos instrucionais. Em inglês a sigla ADDIE significa Analysis (Análise), Design (Desenho), Development (Desenvolvimento), Implementation (Implementação) e Evaluation (Avaliação), que são as fases de sua implementação.

A metodologia INTERA é uma metodologia iterativa, que sugere o 'ir e vir' em suas etapas. A metodologia INTERA considera o processo de desenvolvimento de OAs como sendo um projeto e por isso ela também contempla que o ciclo de vida de um OA define as fases que conectam o início de um projeto de desenvolvimento de OA ao final. Essa consideração é baseada no guia do conjunto de conhecimentos em gerenciamento de Projetos, um dos pilares no qual a metodologia INTERA se apoia. Independente do tipo do OA, a metodologia INTERA possui os seguintes componentes: fases, papeis, etapas e artefatos (BRAGA, 2013).

Em termos de trabalhos futuros, este OA será testado com pessoas e será elaborado um questionário para que se possa obter um feedback dos usuários.

## Aplicando a metodologia INTERA

- O objeto de aprendizagem foi desenvolvido por uma equipe de 3 professores. Um professor ficou responsável por ser Demandante e Conteudista, Design Técnico. Ao segundo professor foram atribuídos os papéis de Design Pedagógico, Gerente de Projetos, Analista, Testador. Por último, um professor fez o desenvolvimento (programador).

Na etapa de contextualização é feito um apanhado dos dados necessários para o desenvolvimento do OA e é feita toda a definição de onde ele está inserido, é

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abordada desde a definição do público-alvo até a finalidade do conteúdo que será ministrado. Na tabela a seguir, são especificadas as características do OA:

Tabela 01: Atributos do OA

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O aprendizado será baseado na animação criada através do Scratch . O intuito é fazer com que o aluno entenda a noção de que tanto a Força dada pela lei de Coulomb quanto pela gravidade são inversamente proporcionais ao quadrado da distância. O aluno também deve entender que leis que se aplicam em micro escala também podem ser eficientes para descrever fenômenos em macro escala.

Na metodologia INTERA, geralmente se faz um esboço ou rascunho do objeto aprendizagem para se ter ideia de como proceder na etapa de desenvolvimento. O rascunho é elaborado na etapa de arquitetura e no caso deste trabalho, foi pensado em algo muito simples somente para existir uma orientação. Na figura 01 é possível se visualizar o esboço elaborado através da ferramenta paint. Existem dois cenários e a animação acontece em duas etapas, uma para cada cenário (a animação sobre o comportamento das partículas não é exibida simultaneamente com a animação sobre partículas). O usuário pode escolher qual animação quer ver primeiro através de um botão que foi colocado para ele interagir.

Figura 01: Esboço do objeto aprendizagem

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O Objeto de Aprendizagem proposto foi desenvolvido na ferramenta on line Scratch , criada pelo MIT com intenção de ensinar rudimentos de lógica de programação para estudantes mais jovens. A princípio parece um ambiente voltado mais para o público infantil por ser atrativo ao usuário e ter recursos acessíveis e de uso intuitivo. Além disso, possui cores fortes e que chamam a atenção. Mas nas mãos de um programador experiente pode vir a ser uma ferramenta poderosa na tarefa da construção do conhecimento. É possível se desenvolver jogos que eduquem e animações que contenham toda a teoria de um dado tópico.

A escolha da ferramenta foi definida pelos seguintes fatores: por ser gratuita ( free ), open source , ser acessível e por gerar resultados úteis em um espaço curto de tempo. Além disso, o repositório de objetos aprendizagem criados on line pode ser o próprio site do Scratch , o que economiza gastos na busca por um repositório adequado.

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Os testes ainda estão em andamento e serão realizados pelos professores e seus orientados voluntários. Dentre os testes realizados, destacam-se testes de usabilidade, testes de identificação de defeitos, testes de portabilidade e acesso.

Para a realização dos testes, o objeto aprendizagem foi publicado no site on line do Scratch , que é uma página do MIT. Juntamente com o objeto, foi publicado um quadro com as regras de uso.

Na etapa de desenvolvimento temos a execução da ideia, o rascunho é colocado em prática. O projeto elaborado tem como principal objetivo a apresentação dos conceitos de Lei de Coulomb e Gravitação com o propósito de se fazer uma analogia entre elas. Espera-se que o aprendizado seja mais interessante pelo fato de se associar um fenômeno que ocorre em micro escala com um fenômeno que ocorre em macro escala.

A Lei de Coulomb é uma lei da física que descreve a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas; foi formulada e publicada pela primeira vez em 1783 pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb e foi essencial para o desenvolvimento do estudo da Eletricidade. Esta lei estabelece que o módulo da força entre duas cargas elétricas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos (módulos) das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância r entre eles. Esta força pode ser atrativa ou repulsiva dependendo do sinal das cargas. É atrativa se as cargas tiverem sinais opostos. É repulsiva se as cargas tiverem o mesmo sinal.

A gravitação universal é uma força fundamental de atração que age entre todos os objetos por causa de suas massas, isto é, a quantidade de matéria de que são constituídos. A lei da gravitação universal diz que duas partículas quaisquer do Universo se atraem gravitacionalmente por meio de uma força que é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

Figura 02: Objeto de aprendizagem mostrando funcionamento da gravidade

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Utilizando o software , foi desenvolvida a animação com duas etapas que mostra a interação entre 2 planetas em um cenário (Figura 02) e entre duas cargas em outro cenário. Na primeira etapa é pedido para que a força gravitacional seja digitada e como resposta, temos o deslocamento do pequeno planeta. Na segunda

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etapa, é pedido para que a força relacionada a lei de Coulomb seja digitada e a carga 1 e carga 2 também sofrem deslocamento. Os cenários são modificados pressionando-se um botão.

## Conclusões

Neste trabalho foi mostrado como é o desenvolvimento de um objeto aprendizagen utilizando a metodologia INTERA. O intuito é demonstrar que o método é eficiente e simples, gerando resultados práticos e que possam vir a beneficiar tanto os educadores quanto os estudantes.

Além disso, é possível se verificar que os próprios estudantes podem fazer uso da metodologia e do Scratch para melhorar o entendimento de um conteúdo e gerar mais conhecimento através da construção de objetos aprendizagem. O educador pode criar projetos com a classe e os próprios estudantes podem atuar no desenvolvimento de seu conhecimento de forma lúdica.

## Referências

- [1] RAMOS, I,R.. ROMÃO, P.N.F., Introdução ao Scratch: Uma nova perspectiva ao ensino de matemática. Congresso VIII EPBEM, Desenvovendo o pensamento matemático em diversos espaços educativos, 2014.
- [2] CABRAL, R.V., O ensino de matemática e a informática: uso do Scratch como ferramenta para o ensino e aprendizagem da geometria . Dissertação de mestrado apresentada na Faculdade do Norte do Paraná, 2015.
- [3] NETO, V.S.M., A utilização da ferramenta Scratch como auxílio na aprendizagem de lógica de programação . II Congresso Brasileiro de Informática na Educação (CBIE 2013), 2013.
- [4] PEREIRA, P.S [et al.]. Análise do Scratch como ferramenta de auxílio ao ensino de programação de computadores , COBENGE, 2012.
- [5] FESAKIS, G. e SERAFEIN, K. Influence of the Familiarization with 'Scratch' on Future Teachers Opinions and Attitudes about Programming and ICT in Education. ItiCSE'09, pp. 258-262, 2009.
- [6] MALONEY, J [et al.]. Programming by Choice: Urban Youth Learning Programming with Scratch. SIGCSE'08, pp. 367-371, 2008.
- [7] MALAN, D.J. e LEITNER, H.H.. Scratch for Budding Computer Scientists , SIGCSE'07, pp. 223-227, 2007.
- [8] RESNIK, M. [et al.]. Communications of the ACM - Scratch Programming for All CACM, V. 52, pp. 60-67, 2009.
- [9] RUF, A. [et al.]. Scratch vs. Karel - Impact on Learning Outcomes and Motivation . WiPSCE 2014, pp. 50-59, 2014.
- [10] MÉLO, F. E. N., [et al.]. Do Scratch ao Arduino: Uma proposta para o ensino introdutório de programação para cursos superiores de tecnologia . XXXIX Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, Blumenau, 2011.
- [11] RAMOS, S., Técnologias da Informação e Comunicação , Escola Dr. Mário Sacramento, Aveiro, Portugal, 2008.

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[12] BRAGA, J.C. [et al.]. Metodologia INTERA para o desenvolvimento de Objetos de Aprendizagem , Anais do SBIE, 2013.

- [13] https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei\_de\_Coulomb acessada em 7 de agosto de 2016
- [14] https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei\_da\_gravita%C3%A7%C3%A3o\_universal acessada em 7 de agosto de 2016

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