Aprendizagem Significativa - O uso de mídias audiovisuais e simuladores para o ensino de Física

## Aprendizagem Significativa - O uso de mídias audiovisuais e simuladores para o ensino de Física

Alessandra Kirchmeyer Vianelo 1 , Diego Santos de Araújo , Fernanda Miranda 2 Fernandes³, Kelvym Roger Campos 4 , Michelly Silva Andrade , Thaís Ribeiro 5 Santos 6

1 UFJF /Pibid Física/Escola Estadual Clorindo Burnier/ alessandrakirchmeyer@gmail.com

2 UFJF /Pibid Física/ diego.santos@ice.ufjf.br

3 UFJF / Pibid Física/ fernanda.fernandes@engenharia.ufjf.br

4 UFJF / Pibid Física/ kelvym.campos@ice.ufjf.br

5 UFJF / Pibid Física/ michelly.andrade32@gmail.com

6 UFJF / Pibid Física/ thaisrsantos95@hotmail.com

## Resumo

Este trabalho tem como finalidade relatar e discutir uma das ações desenvolvidas por licenciados em Física da UFJF na Escola Estadual Clorindo Burnier, do município de Juiz de Fora, visando contribuir para uma melhor performance do ensino de Física a alunos da educação básica. São apresentadas observações dos bolsistas enquanto participantes de atividades desenvolvidas no âmbito do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID). O projeto desenvolveu atividades teóricas com simulações computacionais, com o intuito de promover um melhor desempenho dos alunos, no sentido de contribuir para tornar o aprendizado de Física mais interessante e, assim, serem obtidos resultados mais efetivos para a aprendizagem destes. Fundamentou-se o presente trabalho na teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel, segundo o qual, o professor não deve desconsiderar o que foi vivido pelo aluno, mas trabalhar com aquilo que o educando tem incorporado em sua estrutura cognitiva. O professor deve atuar de forma que o novo conhecimento não seja apenas apresentado, e sim construído. Visando a utilização dessa proposta, foram utilizados simuladores para demonstrar os conceitos de Física de forma mais próxima da realidade dos alunos. Escolheram-se diferentes simulações, com o objetivo de demonstrar situações-problema que aparecem nos livros didáticos, e exercícios envolvendo situações com contextos próximos do cotidiano. Com base nas observações, comentários e respostas a um breve questionário, foi possível perceber um maior entendimento conceitual por parte dos alunos, além de perceptível aumento de interesse dos mesmos pelas aulas. Estes passaram a buscar cada vez mais fatos e fenômenos ligados à ciência, passando a refletir de forma mais crítica sobre sua aplicação e importância no dia a dia. Uma comparação da postura e interesse dos estudantes da escola, bem como resultados nas avaliações convencionais antes e depois das atividades, mostrou melhora expressiva em seu desempenho escolar.

Palavras-chave : Ensino de Física, Simulação computacional, Atividades motivadoras.

## Introdução

O presente trabalho é fruto de uma experiência do projeto PIBID em uma escola pública do Estado de Minas Gerais, envolvendo alunos do 1º Ano do ensino

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médio. O trabalho foi desenvolvido na Escola Estadual Clorindo Burnier, no município de Juiz de Fora, no ano de 2015. A escola desenvolve o projeto desde o início do mesmo, no ano de 2009. Durante os anos em que o projeto aconteceu na escola, muitas foram as atividades desenvolvidas pelos bolsistas, de aulas teóricas a experimentais, sempre renovando e buscando novas formas de despertar o interesse dos alunos pela Física.

Vivemos em um tempo de grande inovação tecnológica, e por isso, podemos observar grandes oportunidades pedagógicas relacionadas ao uso de recursos visuais, como por exemplo, o uso de simuladores computacionais no processo de ensino e aprendizagem. É do conhecimento de muitos que o ensino de Física nas escolas públicas do Brasil vem sofrendo dificuldades nas salas de aula. Isto se deve a diversos fatores, levando muitos educadores buscarem estratégias para tentar amenizar os problemas.

- O Brasil de hoje é muito diferente de pouco tempo atrás. As crianças, os jovens e até mesmo adultos mudaram seus hábitos e a forma como se interagem com o mundo e isto se deve grande parte ao avanço da tecnologia. Professores e educadores enfrentam o grande desafio de se adequar a uma espécie de competição entre o conhecimento escolar e o grande acervo disponível na internet. Professores mais experientes, apesar da elevada carga horária, têm que encontrar tempo para buscar novas alternativas com o intuito de garantir o interesse e motivação de seus alunos. Os cursos de formação de professores também têm que oferecer aos novos docentes possibilidades de desenvolver estratégias de ensino mais compatíveis com esses novos tempos.

A sociedade, cada vez mais, está se adaptando às novas formas de socialização e de interação com o mundo à sua volta; toda essa estrutura étnica, social e cultural com a qual lidamos hoje certamente necessita de uma base educacional renovada, em que as escolas devam buscar associar novas formas de tecnologias às estratégias educacionais.

Nesse sentido, visando usar as tecnologias disponíveis para os alunos na escola, os bolsistas desenvolveram aulas teóricas e históricas usando datashow e com a utilização do Phet ( Physics Education Technology ).

## Fundamentação Teórica

- O presente trabalho foi fundamentado na teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel. Segundo Ausubel (1982), o professor não deve desconsiderar o que foi vivido pelo aluno, mas trabalhar com aquilo que o educando tem incorporado em sua estrutura cognitiva. O professor deve atuar de forma que o novo conhecimento não seja apenas apresentado e sim construído. Para esse autor ensinar sem levar em conta o que a criança já sabe é um esforço em vão, pois o novo conhecimento não tem onde se ancorar.

A teoria de Ausubel pode ser dividida em três etapas: organizador avançado, apresentação das tarefas e organização cognitiva. A primeira consiste em

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apresentar de forma objetiva a lição e organizar os conhecimentos e experiências pessoais do aluno. Na segunda, objetiva-se apresentar os materiais a ser utilizado e envolver o aluno em atividades que promovam a aprendizagem significativa. Por fim, na terceira etapa, relaciona-se a nova informação com o organizador avançado.

Segundo Ausubel, a estrutura cognitiva é o conteúdo total e organizado de ideias de um dado indivíduo, ou no contexto da aprendizagem de certos assuntos, refere-se ao conteúdo e organização de suas ideias naquela área particular de conhecimento. Ou seja, a ênfase que se dá é na aquisição, armazenamento e organização das ideias no cérebro do indivíduo.

Para Ausubel a estrutura cognitiva de cada indivíduo é extremamente organizada e hierarquizada, no sentido de que as várias ideias se encadeiam de acordo com a relação que se estabelece entre elas. Além disso, é nesta estrutura que se ancoram e se reordenam novos conceitos e ideias que o indivíduo vai progressivamente internalizando, aprendendo.

A aprendizagem significativa tem lugar quando as novas ideias vão se relacionando de forma não-arbitrária e substantiva com as ideias já existentes. Por 'não-arbitriedade' entende-se que existe uma relação lógica e explícita entre a nova ideia e alguma(s) outra(s) já existente(s) na estrutura cognitiva do indivíduo. A aprendizagem precisa ser também substantiva, ou seja, uma vez aprendido determinado conteúdo desta forma, o indivíduo conseguirá explicá-lo com as próprias palavras.

Para que se pudesse trabalhar de acordo com a teoria em questão, trabalhou-se com pré-testes, nos quais o aluno respondia num questionário tudo aquilo que tinha de conhecimento sobre o conteúdo a ser trabalhado. Após o desenvolvimento das atividades, aplicava-se um pós-teste. Com os resultados de ambos era avaliado a evolução do aluno e qual a visão do conteúdo ele tinha antes e depois das atividades.

Durante todo o trabalho, levou-se em consideração uma argumentação fundamental de Ausubel, segundo a qual se toda psicologia educacional fosse reduzida a um único princípio, o fator mais importante a ser considerado na aprendizagem é aquilo que o aluno já conhece, sendo essa a base fundamental para os ensinamentos (AUSUBEL, 1982).

## Phet (Physics Education Technology)

O Phet é um programa de simulação criado pela universidade do Colorado, nos Estados Unidos, que pesquisa e desenvolve simulações nas áreas de ciências para a educação. As simulações são disponibilizadas em seu portal de maneira gratuita e tem como público alvo alunos e professores. Atualmente muitas das simulações estão em português, o que as torna mais simples como ferramenta de ensino para os alunos de vários níveis. Tais simulações podem ser usadas de forma online ou ser baixadas em computadores ou tablets pelos usuários. O projeto

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envolve programadores, pessoas com experiência em ensino e em pesquisa educacional.

As simulações são agrupadas por conteúdos: Física, Biologia, Química, Ciências da terra e Matemática, e cada conteúdo têm suas próprias seções específicas de forma que se possam escolher as simulações de determinado tema dentro dos conteúdos.

A principal função das simulações oferecidas pelo Phet é ser uma ferramenta de ensino eficaz e simples ao mesmo tempo, de fácil uso para professores e alunos. A intenção é que estes possam colocar em prática o conteúdo que foi estudado de forma mais dinâmica, testando as teorias e ideias científicas em questão, e promovendo uma maior reflexão sobre os mesmos.

## Metodologia

Baseando-se na aprendizagem significativa de David Ausubel (1982), foi construída neste trabalho uma estrutura para apresentação do conteúdo, desenvolvimento das atividades e uma forma de avaliar o antes e depois das mesmas.

Primeiramente aplicou-se um pré-teste, com a função de avaliar os conceitos prévios dos alunos sobre os temas; com base nesse material montou-se as aulas em que slides continham partes históricas da Ciência e conceitos do conteúdo que eram ministrados pela professora durante suas aulas regulares. Com base nestas aulas foram escolhidos vídeos e simulações que pudessem ligar a teoria ao cotidiano dos alunos. Ao final desse processo foi aplicado um pós-teste para avaliar o quanto o conteúdo em questão há via sido apreendido pelos estudantes.

A principal função dos teste, era verificar o que faltava aos alunos e o que eles tinham aprendido durante as aulas. Os mesmos tinha como objetivo dar um ponto de partida para o planejamento das atividades de forma que não houvessem contradições com o que o aluno já tinha de informação.

Para aplicação das atividades utilizou-se a sala de vídeo da escola, no horário de um das aulas regulares que a professora dispunha na semana. Sendo poucas aulas de Física em cada turma, as atividades sempre tinham que ser complementares com o conteúdo ministrado pela professora. Os conteúdos escolhidos para se aplicar esse método foram: Leis de Newton, Trabalho e Energia e Gravitação, sendo os mesmos escolhidos com base em observações feitas pelos bolsistas e pela professora. Esta relatava a grande dificuldade de aprendizado por parte dos alunos em anos anteriores, constatando que os alunos consideravam esses conceitos bastante complexos.

## Leis de Newton

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Os avanços da tecnologia e das novas formas de socialização estimulam os alunos a interagirem mais com sistemas tecnológicos de ensino, tais como computadores e celulares, ferramentas estas que os acompanham praticamente vinte e quatro horas por dia. Os bolsistas então pensaram em formas de apresentar as Leis de Newton de modo que chamassem a atenção dos alunos e os integrassem no assunto, despertando sua curiosidade, e finalmente permitindo acontecer um melhor aproveitamento em seu aprendizado.

As atividades apresentadas foram realizadas em quatro turmas do 1º ano do Ensino Médio, da mesma forma para todas as turmas. Com os resultados da préavaliação, os bolsistas repararam que as maiores dificuldades dos alunos com as Leis de Newton, eram a visualização e interpretação dos problemas e a manipulação das equações matemáticas.

As aulas desse conteúdo seguiram a metodologia escolhida com a aplicação do pré-teste, que incluía questões conceituais e expressões matemáticas. Em seguida, foi feita uma introdução histórica sobre Newton, com informações sobre quando ele nasceu, onde estudou e morou, e as circunstâncias em que vivia quando começou a desenvolver seus estudos. Para essa parte teórica foi necessário apenas uma aula. Depois da parte histórica, introduzimos e discutimos as leis com suas codificações e significados. Passamos vídeos com exemplos dessas leis, o primeiro vídeo realizava experiências simples na estação espacial internacional e alguns na Terra para explicar as diferenças de peso e massa e exemplificar a segunda lei. Em um segundo vídeo foi usado com algumas experiências de inercia, para que os alunos pudessem visualizar como estas são aplicadas no nosso dia a dia. Posteriormente, usamos duas aulas para apresentação do simulador(PHET). Tais simuladores demostravam aplicações e relações envolvendo força, atrito, inércia e a lei da ação e reação, oferecendo a possibilidade dos alunos interagirem com as cenas apresentadas. Como a escola dispunha de poucos computadores, os bolsistas decidiram usar o datashow para projetar as simulações. Como o objetivo da atividade era testar os conceitos dos alunos sobre as situações apresentadas, foi utilizado um roteiro aberto em que estes sugeriam (dentro das possibilidades do simulador) como e quais testes seriam feitos nas possibilidades disponíveis no simulador.

A primeira simulação utilizada, foi a "Forças e Movimento: Noções Básicas", onde havia um cabo de guerra com bonecos de diferentes tamanhos, induzindo ao aluno a ideia de que os bonecos de maiores tamanhos possuíam maior força. Este tinha a opção de colocar para puxar a corda o boneco que ele quisesse; assim foi possível observar conceitos básicos de força fazendo a troca dos bonecos. Em seguida trabalhamos o conceito de atrito no simulador "Rampa: Forças e Movimento". A atividade nos disponibilizava um boneco que pode empurrar vários objetos sobre uma rampa. O aluno tinha a possibilidade de escolher qual objeto colocar para o boneco empurrar e também sobre qual superfície colocar o boneco (madeira ou gelo). Com isso observava-se o atrito nos diferentes tipos de solo e com variados objetos de diferentes massas. Foi uma aula dinâmica com a participação de toda a sala, em que todos puderam testar valores e cenas diferentes disponíveis no simulador.

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Nessa atividade, os alunos puderam entender como as forças agem em diferentes situações. Por fim, aplicamos na sala um pós teste, que continha as mesmas questões do pré-teste, comparando-se as respostas antes e depois dos alunos constatou-se com os resultados significativa evolução dos alunos com relação à aprendizagem sobre as Leis de Newton. Os mesmos agora eram capazes de utilizar os conhecimentos adquiridos para responder ao teste sem repetir as definições do livro texto. O mesmos passaram a explicar os fenômenos apresentados nos simuladores com suas próprias palavras, eram capazes de compreender as diferenças das situações problemas e resolver exercícios matemáticos sem confundir os conceitos ou expressões algébricas a serem utilizadas nos mesmos.

## Trabalho e Energia

Antes mesmo de apresentar a história, a primeira questão levantada para os alunos no primeiro slide da aula teórico-histórica era 'O que é Energia?' A partir dessa questão se desenvolveu toda a atividade, sempre questionando os alunos e fazendo-os participarem apresentando suas ideias e conclusões do que poderia ser definido como energia. Depois dessa introdução, falou-se um pouco sobre o conceito de energia e suas várias formas, com ênfase na energia mecânica, que era o assunto principal a ser tratado no momento.

Para diferenciar da atividade anterior e para apresentar novas ideias, o conteúdo de Trabalho e Energia contou com aulas de imagens e vídeos educacionais assim como representações diferentes, como por exemplo, o personagem de videogame da SEGA, Sonic, e os loopings presentes em seus jogos. Durante as atividades foram levantadas questões de como a montanha russa, o globo da morte e as manobras montabike funcionam e se existe a possibilidade de um ser humano fazer um looping correndo sem ajuda de veículos motorizados, onde a resposta pôde ser provada com o vídeo 'Human Loop the Loop with Damien Walters'. Por último o simulador "Energia na Pista de Skate' também foi utilizado como complemento nas aulas. Tais atividades também apresentaram pré-teste e pós teste sempre com o objetivo de aprimorar a didática a favor de uma melhor relação entre ensino e aprendizagem.

## Gravitação

Em gravitação, os bolsistas desenvolveram uma atividade dinâmica, também com a ajuda do datashow, para envolver os alunos ao assunto. Primeiramente, foram passados slides e vídeos, quando se apresentou a movimentação dos planetas do sistema solar, assim como a história de todas estas descobertas. Na aula seguinte foi passado aos alunos trechos de filmes de ficção cientifica, nos quais efeitos relacionados à gravidade eram demonstrados. Aos alunos foram dadas plaquinhas com respostas de "SIM" e "NÃO", e estes deveriam levantar toda vez que os bolsistas perguntavam se o que era apresentado nos trechos dos filmes "John

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Carter: Entre Dois Mundos" e "O Hobbit: A Desolação de Smaug" eram possíveis ou não no mundo real.

Foi apresentada também aos alunos o vídeo 'Ptolomy's Model of the Universe', ele mostrava como funciona o modelo de Ptolomeu do movimento dos planetas, quando foi discutido o momento histórico e cultural da época e a visão que se tinha de ciência naquele tempo. Um segundo vídeo 'Star Size Comparison', focado na comparação do tamanho dos planetas do sistema solar, e também envolvendo as estrelas, teve como objetivo levantar questões quanto a variações da força gravitacional em diferentes lugares.

## Conclusão

Como resultado, foi observado que as atividades que promovem a interação com tecnologias que os alunos já conhecem e mostra em áudio e visualmente os efeitos, causas e consequências do funcionamento natural do universo, implicam diretamente no interesse destes pelos assuntos relacionados e consequentemente maior desempenho na aprendizagem.

A partir dessas constatações, consideramos que o uso de simuladores pode contribuir bastante para motivar e despertar mais interesse e empenho por parte dos alunos. O ensino de Física com o esquema 'quadro-giz' é muito importante e não pode ser deixado de lado. Porém, com tantas inovações tecnológicas, podemos e devemos usá-las a favor do ensino. Por isso julgamos que, utilizar de modo parceiro tecnologia e procedimentos de ensino mais tradicionais como o 'quadro-giz', por exemplo, é fundamental para um ensino mais dinâmico, interessante e proveitoso.

Maior aproveitamento e interesse por parte dos alunos foi relatada pela supervisora, que constatou uma melhora significativa nas notas das avaliações. Ela ainda afirmou perceber uma grande diferença nestas aulas mais interativas, nos quais os alunos faziam descobertos por si mesmos, formulavam hipóteses e conseguiam entender melhor aquelas fórmulas, que antes não faziam sentido algum.

Consideramos ser necessário que o ensino evolua e se adapte constantemente, seguindo as evoluções tecnológicas e socioculturais. A escola certamente não pode ficar presa ao passado e usando só aulas 'quadro-giz'. Este tipo de estratégia de ensino já não atrai a atenção dos alunos que, desestimulados, não buscam e nem se interessam por novos conhecimentos. Porém, devemos lembrar que o ensino tradicional não deve ser descartado como um todo, sempre sendo necessário se ter aulas teóricas, com resolução de exercícios. Mas se deve também buscar outras formas de ensinar, para que os alunos se sintam interessados pelas disciplinas e busquem associar os conceitos apresentados em sala de aula ao seu cotidiano.

É necessário que os conteúdos escolares sejam para a vida e não só para se completar o ensino regular ou ser aprovado em concursos ou exames de seleção acadêmicos. Nesse sentido, também é desejável que ele possa utilizar os conhecimentos escolares em seu dia a dia, que o possibilite ser uma pessoa crítica, e que ao se inserir mercado de trabalho, seja capaz de participar de forma consciente e produtiva na atual sociedade, altamente competitiva e em constante transformação. Obviamente, ao concluir o Ensino Médio, o aluno deve também ter

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base para continuar seus estudos, se assim o desejar, como bem sugere a legislação educacional em vigor. Ações que possibilitem educação plena e aprendizagem efetiva e consciente dos conteúdos escolares é um desafio para a escola, e que deve ser uma preocupação permanente de educadores e pesquisadores em ensino, além da obrigação de gestores e das autoridades.

## Referências

AUSUBEL, D. P. A aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. São Paulo: Moraes, 1982.

MOREIRA, Marco Antônio; MASINI, Elcie F. Salzano. Aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. 2. ed. São Paulo: Centauro, 2006.

PhET - Physics Education Technology. Disponível em http://phet.colorado.edu/. Acesso em: 14 out. 2016.

A Segunda Lei de Newton. Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=SmdtSJFQpLc. Acesso em: 14 out. 2016.

Primeira lei de Newton - Explicações e quatro experimentos caseiros. Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=p-Tw88seqbA. Acesso em: 14 out. 2016.

Human Loop the Loop with Damien Walters - Pepsi Max. Unbelievable #LiveForNow Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=OTcdutIcEJ4. Acesso em: 14 out. 2016.

John Carter: Entre Dois Mundos. Direção: Andrew Stanton, Produção: Linsey Collins, Jim Morris, Colin Wilson. Estados Unidos(EUA): Walt Disney Pictures, 2012, DVD.

O Hobbit: A Desolação de Smaug. Director: Peter Jackson, Produce: Carolynne Cunningham, Zane Weiner, Fran Walsh, Peter Jackson. Nova Zelândia () e Estados Unidos (EUA): New Line Cinema, Metro Goldwyn-Mayer, WingNut Films, 2013, DVD e Blue-Ray

Ptolomy's Model of the Universe. Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=EpSy0Lkm3zM. Acesso em: 14 out. 2016.

Star Size Comparison HD. Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=HEheh1BH34Q. Acesso em: 14 out. 2016.

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