USO DE UMA PLATAFORMA COMPUTACIONAL E ROTEIROS DÍDATICOS NO ENSINO DE ENERGIA E TRANSFORMAÇÕES ENERGÉTICAS NO ENSINO MÉDIO

## USO DE UMA PLATAFORMA COMPUTACIONAL E ROTEIROS DÍDATICOS NO ENSINO DE ENERGIA E TRANSFORMAÇÕES ENERGÉTICAS NO ENSINO MÉDIO

## Alex Arouca Carvalho 1 , Júlio Akashi Hernandes 2

## Resumo:

Esse trabalho expressa o processo de criação de uma plataforma computacional e roteiros para o ensino de energia e suas transformações energéticas direcionadas ao ensino médio. A construção parte do estudo de uma linguagem de programação especifica, passa por uma aplicação inicial baseada na teoria de aprendizagem significativa de Ausubel, explorando os conhecimentos prévios dos alunos e de maneira gradual introduzir novos conceitos sobre o tema energia. Ao fim de uma primeira etapa, o desenvolvimento continua com um refinamento do projeto, chegando até a versão e aplicação final, seguindo a mesma linha da primeira intervenção. Promover uma adequação do conteúdo de energia, suas transformações e suas múltiplas formas, é também objetivo desse trabalho que visa atender aos três anos do ensino médio, traçando um caminho natural para se gerar resultados de aprendizado significativo. Para tal conclusão usaremos as repostas dentro dos roteiros para identificar com margem de acerto e erro a eficácia dessa ferramenta educacional.

Palavras-chave : Energia, Transformações Energéticas, Simulação, Simulador, Roteiros

## Introdução

A prática em sala de aula, na maioria do tempo, propõe um método expositivo que deixa os alunos presos a essa metodologia sistema de aprendizado. Com o surgimento de novas tecnologias e sua inserção em sala de aula, tornou-se possível mudar essa situação (BEHERENS,2000). A proposta desse trabalho se dá basicamente na construção de um instrumental que ajude no processo de ensino-aprendizagem dos alunos de física, lançando mão de uma ferramenta computacional abrangendo o conteúdo de energia e suas transformações. (BORGES,1997; HECKLER, 2007; REIS e SERRANO, 2004). O trabalho se trata de um relato de experiência durante a criação e desenvolvimento de uma plataforma interativa com textos informativos e um simulador envolvendo algumas matrizes energéticas do processo de produção de energia elétrica. O trabalho está sendo desenvolvido na cidade de Juiz de Fora, durante o primeiro ano de Mestrado Profissional em Ensino de Física.

Com a intenção de otimizar o aprendizado sobre o tema energia e suas transformações, dentro do ensino médio o simulador apresentará uma visão

simplificada e diferenciada do tema. O desenvolvimento da plataforma se dará durante o decorrer do mestrado. O presente relato não apresenta um desenvolvimento com dados e tem como objetivo uma troca de experiências e opiniões que ajudem na construção da plataforma.

O estudo de diferentes formas de produção e uso de energia em física é um tema de grande importância, que é propagado de maneira aparentemente separada pelas disciplinas de física, química e biologia (PANSERA e NONENMACHER, 2009). Este formato faz com que alguns alunos que entram no ensino médio percam a capacidade de correlacionar suas existências múltiplas e acabam por traduzir energia como uma única definição.

O primeiro contato com o tema energia na disciplina de física, acontece durante o primeiro ano do ensino médio. Nesse ano se estuda a ação de diferentes tipos de transformações de energia e sua relação com o trabalho mecânico de uma força. Este projeto pretende salientar essa discussão de uma forma diferenciada, gerando uma plataforma interativa com textos informativos e um simulador comparativo entre diversos tipos de energia e suas aplicações na produção de energia elétrica.

## Motivação

O Mestrado Profissional em Ensino de Física, promovido pela Sociedade Brasileira de Física é por si só um grande motivador para o desenvolvimento e aplicação de novas técnicas em sala de aula. Antes de cursar o mestrado, as experiências que havia tido na graduação se concentravam no projeto PIBID, ofertado dentro do departamento de física, na Universidade Federal de Juiz de Fora, durante o período de 2011 à 2013. O projeto PIBID representa uma parte importante de toda a construção das ideias que serão expostas no trabalho. As atividades eram desenvolvidas em uma escola da rede pública estadual de ensino, em Juiz de Fora, com turmas do primeiro ano do ensino médio.

Uma equipe de alunos que participava do projeto, desenvolveu alguns roteiros para utilizar a plataforma PhET, fornecida gratuitamente pela Universidade de Boulder (Colorado). Essa, no entanto, não era a única ferramenta usada. Na época, os trabalhos produzidos pelo grupo não tinham apenas a temática computacional e acabaram por tomar um maior foco na construção de experimentos de baixo custo e suas aplicações em sala de aula.

Na atual era tecnológica que vivemos, um grave problema que enfrentamos é como inserir determinados avanços em sala de aula com a intenção de gerar motivação à aprendizagem de física por parte dos alunos. Uma das maiores dificuldades apresentada até hoje é a presença de um desinteresse massivo por uma aula apenas tradicional (ARANTES, 2010; M.A. Moreira, 1999).

O processo de informatização tem e terá um efeito sobre a sociedade em que vivemos muito latente. Podemos listar alguns pontos como o trabalho, o lazer, os estudos, a comunicação entre indivíduos. Como nas palavras do filósofo Adam Schaff:

'Quando falamos de sociedade informática referimo-nos a uma sociedade em que todas as esferas da vida pública estarão cobertas por processos informatizados e por algum tipo de inteligência artificial, que terá relação com computadores de gerações subsequentes...' (SCHAFF, 1990, p. 49).

A presença de novas tecnologias como datashows, computadores e outras tecnologias móveis é um recurso, ainda nos dias de hoje, pouco explorado dentro das escolas brasileiras. O temor por parte de algumas lideranças com o uso contínuo de determinados equipamentos constrói uma pequena barreira a essa evolução. A necessidade de inserção dessas novas tecnologias dentro de sala de aula de uma forma qualitativa é algo que vem se mostrando desafiador e necessário para se promover melhorias no ensino de física (LOURENÇO, 2010). O aluno da escola atual tem uma maior facilidade para interagir com diferentes formas de busca de informação fazendo uso da internet. (PETITTO, 2003).

Alguns trabalhos relatam uma melhoria no aprendizado dos estudantes, quando professores passam a usar ferramentas computacionais no desenvolvimento de atividades em sala de aula ou fora desta, como em um laboratório de computação. (LOPES e FEITOSA, 2009). As simulações promovidas dentro de uma plataforma proporcionam uma interatividade e diversidade de trabalhos muito interessantes. Aliadas as ideias de aprendizagem significativa de Ausubel, a infinidade de métodos potencialmente eficazes na promoção de conhecimento torna-se bem palpável. (MOREIRA, 2001).

A teoria de aprendizagem significativa foi concebida pelo psicólogo norte americano David Ausubel. Essa construção de conhecimento leva em consideração o conhecimento prévio do aluno e só ocorre quando o aluno consegue unir o conhecimento que já tem consigo com o novo conhecimento apresentado. Conforme a definição proposta por Moreira, sobre a aprendizagem significativa:

- '...há uma interação entre o novo conhecimento e o já existente, na qual ambos se modificam. À medida que o conhecimento prévio serve de base para a atribuição de significados à nova informação, ele também se modifica, ou seja, os subsunçores vão adquirindo novos significados, se tornando mais diferenciados, mais estáveis. Novos subsunçores vão se formando; subsunçores vão interagindo entre si. A estrutura cognitiva está constantemente se reestruturando durante a aprendizagem significativa. O processo é dinâmico; o conhecimento vai sendo construído...'. (Moreira, 1998)

Algo importante a se ressaltar é que o uso da simulação computacional deve ser interpretado como uma ferramenta útil para o ensino de física e não como a principal solução para os problemas educacionais do dia a dia escolar. Tal ferramenta deve ser aproveitada de maneiras responsáveis e respaldada por teorias educacionais que contribuam na construção do conhecimento por parte dos alunos. A escolha desse trabalho se direcionou na construção de roteiros junto aos sistemas computacionais, no sentido de criar situações problemas que propiciem o desenvolvimento de novos 'subsunçores , deixando ' um terreno fértil para o que a aprendizagem significativa se manifeste.

A função dos roteiros será baseada na investigação dos conhecimentos prévios dos alunos e na verificação da eficácia do método computacional utilizado para o ensino de energia, suas matrizes energéticas e suas principais formas de produção de energia elétrica. A partir do resultado inicial fornecido pelo roteiro investigativo, a construção dos novos 'subsunçores' se dará com

uso de um segundo roteiro envolvendo situações problemas que poderão ser resolvidas com o uso da plataforma.

Umas das citações mais relevantes do pensador Jean Piaget em sua obra 'O juízo moral na criança', diz que "o principal objetivo da educação é criar homens que sejam capazes de fazer coisas novas, não simplesmente repetir o que as outras gerações fizeram". A inserção de novas tecnologias em sala de aula torna-se uma ótima ferramenta a serviços dos agentes educadores no papel de criar um espirito crítico e científico em seus alunos, e estes por sua vez usarem o conhecimento recebido para novas realizações.

## Objetivos Específicos

De modo a contribuir para um melhor entendimento dos conceitos e fenômenos físicos relacionados às formas de energia e suas transformações, vamos listar alguns dos objetivos:

- 1) Construir uma plataforma computacional que dê ao aluno informações sobre diferentes tipos de energia, suas formas de aplicação, seus custos, seu benefícios e malefícios e suas principais densidades de produção.
- 2) Aplicação do produto em sala de aula com alunos de ensino médio em escolas públicas e/ou particulares de modo a observar o processo de aprendizagem sobre algumas formas de energia.
- 3) Disponibilização do produto resultante do programa de mestrado a qualquer indivíduo interessado.
- 4) Abrir debates multidisciplinares entre professores de diferentes áreas sobre o tema, principalmente na construção de roteiros de uso para o programa.
- 5) Promover roteiros de uso e aplicação em sala de aula.

## Metodologia

O objetivo é criar uma plataforma que apresenta informações de forma organizada e simples sobre os conceitos de energia e as formas de transformações. Ela começará com um texto em relação ao conceito de energia e suas diferenciações quanto aos seus diferentes tipos, baseadas no livro 'Física em Seis Lições' , do autor Richard P. Feynman (FEYNMAN, 1999). A partir daí quatro formas de transformação de energia serão usadas como elementos de discussão dentro do simulador. São elas: Eólica, Por Combustão, Fissão Nuclear e Fusão Termonuclear. Tais escolhas foram motivadas pela pouca interação dos alunos com esses processos de transformações energéticos e o excesso de informações errôneas que são constantemente propagadas sobre elas por diversos meio de comunicação.

Figura 01: Tela Inicial do Simulador

<!-- image -->

O produto a ser obtido se baseará na linguagem de programação 'PHP', com elementos de 'HTML', 'JavaScript' e 'CSS'. A ideia é fazer um aprofundamento nessa linguagem computacional, afim de gerar um produto adequado as expectativas de um ensino médio. Após a etapa de estudo e estruturação do código computacional, aplicaremos a primeira versão do produto, para testes, em uma turma do primeiro ano do ensino médio, de uma escola da rede particular e uma turma de terceiro ano de outra escola da rede estadual, ambas na cidade de Juiz de Fora. Cada turma deverá contar com o mínimo de vinte alunos e o máximo de trinta alunos com previsão de uma primeira aplicação ao fim do ano de 2016.

Faremos um primeiro uso do simulador como ferramenta de aprendizado, com tempo máximo de duração de duas aulas de cinquenta minutos. A simulação será apresentada junto a um roteiro pré-definido, em construção, que inicialmente tenha o objetivo de gerar pequenas discussões sobre o tema energia e sua atuação no cotidiano. A intenção dessa primeira adaptação é que cada aluno possa manusear o simulador sozinho, contudo levando em conta os números de alunos e a quantidade de computadores que cada escola dispõe, algumas mudanças no planejamento inicial podem ser necessárias. A formação de duplas ou trios é um exemplo de adequação satisfatória. O roteiro contará com algumas questões discursivas, com possíveis aberturas didáticas para debates durante ou posteriores o uso do simulador. Um formulário extra será dado aos alunos e professores participantes pedindo a eles sugestões de melhorias. As respostas dadas pelos alunos passarão por um processo de análise. Os dados coletados serão usados na melhoria do produto.

Após a fase de coleta e análise desses dados iniciaremos a construção definitiva da plataforma, de modo a refinar o máximo possível a primeira versão. Essas mudanças acarretarão numa segunda aplicação. Essa fase contará com uma maior abrangência de escolas e turmas participantes. Espera-se que o simulador venha a ser aplicado em duas escolas da rede particular e três escolas da rede estadual de ensino, mantendo os mesmos padrões de tempo de duração e número de alunos da primeira aplicação, ao longo de 2017. Essa parte contará com um roteiro já reformulado, mantendo a ideia das questões discursivas e a inclusão do debate entre as repostas dadas. A valorização do conhecimento prévio do aluno e a agregação de novos conteúdos de uma maneira não formal serão as características principais dos

roteiros. O professor aplicador terá a liberdade de criar dentro do roteiro proposto mudanças que ele julgue ter melhor interação com a turma como a linguagem proposta, os elementos de discussão entre outros.

A ideia inicial é que o simulador seja aplicado em horário de aula; no entanto, na falta de adequação a um planejamento prévio, ele poderá ser apresentado em um possível horário extra.

A plataforma contará um total de quatro a cinco interfaces simples e objetivas. Na imagem da figura 2 abaixo vemos um esboço do que seria uma interface intermediária do programa. Nela o estudante poderá selecionar alguma das opções de transformações energéticas e optar por saber mais informações sobre as opções abaixo, abrindo uma tela (figura 3) contendo textos e links do tema em específico comparar as formas de energia (figura 4).

Figura 02: Tela Interativa para Escolha de Ações Dentro do Programa

<!-- image -->

Ao acessar a função 'informativo', o aluno notará que o simulador conta com um banco de dados no formato de texto com conteúdo relacionado a cada opção selecionada na tela anterior (figura 2). Também anexaremos links dos portais onde foram retiradas as informações disponibilizadas para maior aprofundamento sobre cada tema desejado.

Figura 03: Quadro Informativo Sobre as Formas de Produção de Energia

<!-- image -->

Outra função dessa simulação será comparar qual dos tipos de transformação energética melhor se adequa as condições de custo de instalação (Custo 1), custo de manutenção (Custo 2), quantidade de energia elétrica produzida (Produção) e área máxima de abastecimento (Área). O programa irá trazer uma opção extra listando os principais malefícios e

benefícios dessas transformações, junto com fotos expositivas que terão a função de melhor ilustrar os resultados obtidos com a variação dos valores dos dados acima.

Figura 04: Comparativo Entre Formas de Produção de Energia

<!-- image -->

O uso em sala de aula irá propor diversas metodologias. O simulador pode servir como um instrumento informativo, como um jogo educativo, como um operador informacional do tema energia ou simplesmente como um comparativo geral sobre os modos de transformações energéticas.

## Considerações Finais

A plataforma será direcionada, prioritariamente aos professores de física. O uso por parte de professores de outras áreas exigirá uma produção ou adequação de novos roteiros de modo que estes consigam interagir com simulador e tais mudanças atentem para o tema ensino de energia no ensino médio.

Apesar do objetivo inicial do simulador ser agregado ao ensino médio, existe um desejo de evolução para atender o ensino fundamental. Dessa maneira, pontos como adequação de linguagem, níveis de aprofundamento diferenciados, abordagem específica de roteiros para professores e alunos do ensino fundamental, uso de figuras mais lúdicas na apresentação do programa são apenas alguns detalhes que farão parte dessa futura evolução.

Após toda a aplicação e resultados, uma das naturais expansões do simulador seria a versão que atendesse a demanda de aparelhos de tecnologias móveis. O ambiente natural das escolas atuais agrega a presença desses atributos tecnológicos. O aplicativo para ensino de energia contaria com os mesmos elementos do simulador para computadores e teria como objetivo uma abrangência ainda maior de agregação do uso em sala de aula, promovendo metodologias de trabalho diferenciadas.

Por último, pode haver o acoplamento de mais formas de transformações energéticas e uma inserção de elementos que aumentem a interatividade, promovendo a evolução do programa para um jogo educativo ainda mais denso.

## Referencias bibliográficas

BORGES, Antônio Tarciso. O papel do laboratório no ensino de ciências . MOREIRA, MA, 1997.

HECKLER, Valmir; OLIVEIRA, Maria de Fátima Saraiva e OLIVEIRA, Kepler de Souza Filho. Uso de simuladores, imagens e animações como ferramentas auxiliares no ensino/aprendizagem de óptica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 2, p. 267-273, (2007)

SOUZA, Geraldo Felipe de Souza Filho. Simuladores computacionais para o ensino de física básica: uma discussão sobre produção e uso. Universidade Federal do Rio de Janeiro - Rio de Janeiro, 2010

REIS, M. A. F.; SERRANO, A. Uma análise do uso de simulações computacionais no ensino de colisões. Anais do IX Encontro de Pesquisa em Ensino de Física. Jaboticatubas: Sociedade Brasileira de Física, 2004

PANSERA, Maria Cristina de Araújo; NONENMACHER, Sandra. ENERGIA: UM CONCEITO PRESENTE NOS LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA, BIOLOGIA E QUÍMICA DO ENSINO MÉDIO. UNISUL, Tubarão , v. 2, n. 1, p. 1 - 13, Jan./Jun. 2009.

- M.A. Beherens, in Novas Tecnologias e Mediação Pedagógica , editado por J.M. Moran (Papirus, Campinas, 2000).
- S. Petitto, Projetos de Trabalho em Informática: Desenvolvendo Competências (Papirus, Campinas, 2003).

Piaget, J.(1994) O juízo moral na criança . São Paulo : Martins Fontes,[1932]

SCHAFF, A. A Sociedade Informática (as consequências sociais da segunda Revolução Industrial) . 4. ed. São Paulo: Universidade Estadual Paulista - Brasiliense, 1990.

LOPES, R.; FEITOSA, E. Applets como Recursos Pedagógicos no Ensino de Física - Aplicação em Cinemática. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 18, 2009, Vitória. Anais... São Paulo: SBF, 2009, p. 1-12.

MOREIRA, M. A.; MASINI, E. F. S. Aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. 2 ed. São Paulo: Centauro, 2001.

MOREIRA, M. A. Mapas Conceituais e Aprendizagem Significativa ( Concept maps and meaningful learning ). Adaptado e atualizado, em 1997, de um trabalho com o mesmo título publicado em O ENSINO, Revista Galáico Portuguesa de Sócio Pedagogia e Sócio-Lingüística, Pontevedra/Galícia/Espanha e Braga/Portugal, N° 23 a 28: 87-95, 1988.

- P., Richard Feynman. Física em Seis Lições ; tradução Ivo Korytowiski - Rio de Janeiro: Ediouro, 1999