USO DE SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS NO ENSINO DE FÍSICA: UM MISTO DE EXPECTATIVA E CAUTELA

## USO DE SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS NO ENSINO DE FÍSICA: UM MISTO DE EXPECTATIVA E CAUTELA

## Agamenon Pereira Xavier 1 , Amanda Amantes Neiva 2 , Wanderley Paulo Gonçalves Junior 3

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Norte de Minas Gerais/agapxavier@yahoo.com.br

## Resumo

Neste trabalho apresentamos uma discussão a cerca do uso de tecnologias computacionais nas aulas, focando principalmente a utilização das simulações no ensino de Física. É fundamentado por pesquisa bibliográfica em livros, teses, sites e artigos relevantes para o tema em questão. Retrata um pouco do histórico de um importante e precursor encontro de cientistas e professores para discutir o ensino de Ciências, apresenta vários bancos de aprendizagem e suas principais características, sendo eles: Banco Internacional de objetos educacionais, Physics Educational Technology, Multimedia Educational Resource for Learning and Online Teaching, Rede Interativa Virtual de Educação, Laboratório Didático Virtual, ComPADRE e Portal do professor. Apresenta uma série de argumentos em defesa e vantagens da utilização dessas tecnologias no ensino de Ciências, bem como críticas e dificuldades de utilização. Finda-se a discussão admitindo que há excelentes simulações com grande potencial para o ensino de Ciências, podendo ser utilizadas por si só, ou como complemento para o laboratório convencional.

Palavras-chave : Ensino de Física, simulações computacionais, prós e contras dos laboratórios virtuais.

## Introdução

Vivemos uma época em que novas tecnologias surgem a todo instante, principalmente as ligadas ao meio virtual. É inevitável que estas cheguem as salas de aula, principalmente as aulas de ciências. Alunos questionam professores a cerca de novidades tecnológicas que veem em jornais, revistas, televisão e principalmente na internet. E porque não trazer parte destas novas tecnologias para a sala de aula de ciências? Os laboratórios virtuais e suas simulações podem substituir os laboratórios convencionais? Quais os pontos fortes e fracos destas tecnologias na sala de aula? O que se tem disponível na rede para levar aos alunos? Estas são algumas das perguntas que norteiam este trabalho, dando ênfase ao ensino de Física.

Medeiros e Medeiros (2002) apontam quem, já em 1996, em países desenvolvidos, aproximadamente 90% dos laboratórios de Física eram assistidos por computadores, e que os laboratórios de ensino caminhavam na mesma direção. O uso do computador para o ensino pode apresentar de diversas formas, por exemplo: vídeos, hipertextos, áudios, sites, simulações, coleta e análise de dados entre outros. Com o aumento da utilização destas ferramentas, também aumentou o

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23 a 27 de janeiro de 2017

número de pesquisadores interessados no assunto e que estudam sobre tal. Dentre as modalidades da utilização do computador em relação a física, a que mais aparece na literatura é a simulação computacional. As simulações computacionais vão além das simples animações. Elas englobam uma vasta classe de tecnologias, do vídeo à realidade virtual. As simulações podem ser vistas como representações ou modelagens de objetos específicos reais ou imaginários, de sistemas ou fenômenos.

## Recorte histórico

Não é nenhuma novidade que o processo de ensino e aprendizagem de Ciências tem encontrado diversas dificuldades, e que há décadas acontece inúmeros encontros, congressos e reuniões para discutir possibilidades de minimizar tais problemas. Em setembro de 1959, aproximadamente trinta e cinco cientistas, educadores e estudiosos, reuniram em Woods Hole, no Cabo Cod, para discutir as possibilidades de melhorar o ensino de ciências nas escolas primárias e secundárias. Encontro este convocado pela National Academy of Sciences , que há vários anos examinava maneiras de melhorar a difusão do conhecimento científico nos Estados Unidos. Não era intenção criar um programa de emergência, nem recrutar jovens aptos a seguir carreiras científicas, contudo, pretendia-se examinar os processos fundamentais implicados na aquisição, compreensão e maneiras de ensinar ciências, orientar desenvolvimentos futuros, além da criação de novos currículos (BRUNER, 1976). Sendo estes tópicos até então recorrentes na atualidade. Também em Woods Hole, apesar de terem sido amplamente debatidos, não se chegou a um consenso a respeito da aparelhagem de ensino (recursos áudios visuais, filmes, televisão e outros dispositivos que o professor pode utilizar em sala) que podem ser utilizados para auxiliar o professor. Ainda não se chegou a esse acordo, no entanto, para muitos pesquisadores da área, as simulações computacionais são uma aposta para a melhoria do ensino de ciências. Hohenfeld (2013) afirma que recentemente, as pesquisas (DORNELES, ARAÚJO E VEIT, 2012; HEIDEMANN et al, 2010; HOHENFELD & PENIDO, 2009, JAAKKOLA & NURMI, 2008; ZACARIAS, 2007) apontam a utilização das simulações computacionais como importantes aliadas nas atividades experimentais.

## Bancos de objetos de aprendizagem

Pode-se encontrar na internet diversos bancos de objetos de aprendizagem em vários formatos e para todos os níveis de ensino, sendo que estes são repositórios de acesso público. Nesta seção serão apresentados alguns destes repositórios de objetos de aprendizagem e suas principais características. Todos contemplam a disciplina Física.

Banco Internacional de objetos educacionais: Este repositório possui objetos educacionais de acesso público em vários formatos que podem ser acessados isoladamente ou em coleções. Contempla a educação infantil, ensino fundamental, ensino médio, educação profissional, educação superior, educação de jovens e adultos e educação escolar de indígenas. O banco possui quase vinte mil objetos publicados, e está disponível para cinquenta e três países e onze idiomas.

Physics Educational Technology - PhET: É uma biblioteca de simulações interativas com acesso livre e fácil, contemplando Física, Química, Matemática,

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Biologia e Ciências da terra, já ultrapassou a marca de trezentos e sessenta milhões de simulações distribuídas. Compreende o nível primário, fundamental, ensino médio e superior, podendo ser utilizadas online ou serem baixadas. Cada simulação é testada e avaliada para assegurar a eficácia no ensino, incluindo entrevistas com os alunos e observação do uso da simulação em sala de aula. Oferece sugestões para a produção de aulas e disponibiliza diversas tarefas postadas por professores de diversas partes do mundo, sendo que há simulações acessíveis em mais de trinta e cinco idiomas.

Multimedia Educational Resource for Learning and Online Teaching MERLOT: É uma curadoria on-line livre e aberta que oferece materiais de ensino e aprendizagem com uma variedade de serviços e funções, como: exercícios, páginas web, simulações, ferramentas de avaliação, tutoriais e muitos outros. Composta por dezenas de milhares de materiais específicos de diversas áreas do conhecimento. Todo o conteúdo passa por uma rigorosa revisão por pares, sendo este um dos motivos que o faz bastante conhecido. Constituído por uma parceria da Universidade Estadual da Califórnia com outras instituições de ensino, associações profissionais e indústria.

Rede Interativa Virtual de Educação - RIVED: O RIVED é um programa da secretária de educação à distância, que tem por objetivo a produção de conteúdos pedagógicos digitais, na forma de objetos de aprendizagem. São disponibilizados objetos de aprendizagem de Ciências, Biologia, Física, Matemática, Química, Português, História, Artes e Geografia, para os níveis fundamental, médio, profissionalizante e superior. As atividades interativas, em forma de objetos de aprendizagem, permitem a experimentação de fenômenos físicos, químicos e outros por meio da simulação e animação, apresentando uma sequência de atividades multimídia interativa acompanhadas de guias do professor. Além de promover a produção e publicar na rede os conteúdos digitais para acesso gratuito, o RIVED realiza capacitações sobre a metodologia para produzir e utilizar os objetos de aprendizagem nas instituições de ensino superior e na rede pública de ensino.

Laboratório Didático Virtual - LabVirt: No LabVirt está disponível simulações feitas por equipe própria, links para simulações e sites interessantes, exemplos de projetos na seção 'projetos educacionais', respostas de especialistas para questões enviadas através do site, fóruns, artigos, notícias científicas e outros recursos, tudo isso para as disciplinas Física e Química. É coordenado pela faculdade de educação da Universidade de São Paulo.

ComPADRE : É uma rede de recursos on-line e comunidades que dão suporte ao ensino de Física e Astronomia. Cada coleção contém um catálogo de materiais para o ensino e aprendizagem que são selecionados por editores. Alguns recursos e ferramentas disponíveis pelo ComPADRE são: Simulações, animações, ilustrações de sistemas e processos físicos, tutoriais, atividades, resultados de pesquisa que descrevem melhores práticas na educação em ciências, suporte para professores em novos e particulares temas da Física, espaço para debate entre estudantes e professores, resumos, apresentações e artigos.

Portal do professor: É uma parceria com o Ministério da Ciência e Tecnologia, e tem por objetivo apoiar os processos de formação dos professores brasileiros e enriquecer a sua prática pedagógica. Professores de todo o país podem compartilhar suas ideias, propostas, sugestões metodológicas para o desenvolvimento dos temas curriculares e para o uso dos recursos multimídia e das

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ferramentas digitais. O professor tem uma vasta quantidade de material disponível no portal, sendo: espaço para produzir e compartilhar sugestões de aula, acesso a diversas informações sobre a prática educacional, recursos multimídia, acesso a materiais de estudo, interação e colaboração com outros professores e acesso a links nacionais e internacionais para auxiliar a pesquisa e formação dos professores.

## Em defesa das simulações e uso do computador no ensino de Física

São muitos os pesquisadores que legitimam a utilização das simulações computacionais nas aulas de Física. Apresento nesta seção alguns dos argumentos descritos na literatura. Medeiros e Medeiros (2002) apontam que os livros texto recorrem ao uso de um grande número de ilustrações das quais referentes a fenômenos dinâmicos, representando situações iniciais e finais de um processo por uma série de gravuras em diferentes instantes de tempo, e o uso de fotografias estroboscópicas. Ao mesmo tempo, o professor se auxilia de gestos para a interpretação dessas imagens. No entanto, ainda com esse esforço, parece ser insuficiente para a compreensão de alguns alunos. Dessa forma, alguns pesquisadores apontam o uso de simulações como uma possível solução para tais problemas. Para Borges (2002), o uso do computador pode minimizar algumas das nossas limitações em entender assuntos dentro da Física, como por exemplo, partículas subatômicas, corpos com altas velocidades, distâncias extragalácticas e processos dotados de grande complexidade e abstração. As simulações também são muito utilizadas para estudar situações que envolvam fenômenos muito lentos ou extremamente rápidos. Podem ser bastante úteis, particularmente quando a experiência original for impossível de ser reproduzida (MEDEIROS e MEDEIROS, 2002).

## De acordo com Borges (2002),

O uso de laboratório baseado em computador permite que o estudante possa deixar de dedicar tanto tempo à coleta e apresentação dos dados; com isso, ele dispõe de mais tempo para o controle de outras partes do processo, como o planejamento da atividade, a seleção do que medir, execução da investigação e interpretação e avaliação dos resultados. Além disso, esses recursos permitem a execução de investigações em tempo real, bem como a pronta alteração do planejamento, caso seja necessário, o que frequentemente é o caso numa investigação. Possibilitam também que situações mais complexas, como por exemplo as que envolvem grande número de variáveis ou as que acontecem muito rapidamente para serem observadas por meios convencionais, possam ser estudadas no laboratório, sob diferentes condições. (BORGES, 2002, p.309-310).

Neste sentido, Anjos (2008) diz quase com as mesmas palavras que, a modelagem computacional aplicada a problemas de Física, transfere para os computadores a tarefa de realizar os cálculos numéricos e/ou algébricos, deixando o Físico ou estudante de Física com maior tempo para pensar nas hipóteses assumidas, na interpretação das soluções e expansões do modelo que possam ser realizadas.

Gaddis (2000) citado por Medeiros e Medeiros (2002), listou uma série de vantagens da utilização de simulações no ensino das ciências: reduzir o 'ruido' cognitivo de modo que os estudantes possam concentrar-se nos conceitos envolvidos nos experimentos; fornecer um feedback para aperfeiçoar a compreensão dos conceitos; permitir aos estudantes coletarem uma grande

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quantidade de dados rapidamente; permitir aos estudantes gerarem e testarem hipóteses; engajar os estudantes em tarefas com alto nível de interatividade; Envolver os estudantes em atividades que explicitem a natureza da pesquisa científica; apresentar uma versão simplificada da realidade pela destilação de conceitos abstratos em seus mais importantes elementos; tornar conceitos abstratos mais concretos; reduzir a ambiguidade e ajudar em sistemas complexos; servir como uma preparação inicial para ajudar na compreensão do papel de um laboratório; desenvolver habilidades do raciocínio crítico; fomentar uma compreensão mais profunda dos fenômenos físicos; auxiliar os estudantes a aprenderem sobre o mundo natural, vendo e interagindo com os modelos científicos subjacentes que não poderiam ser inferidos através da observação direta; acentuar a formação dos conceitos e promover a mudança conceitual. Nesta perspectiva, Hohenfeld (2013) em sua tese apresenta alguns benefícios das animações computacionais para o ensino, escritos por Figueira (2005): Possibilidade de visualização gráfica de elementos sutis e imperceptíveis, presentes no modelo teórico, para o nosso aparelho sensorial; fazer com que o aluno construa seu próprio conhecimento sobre o fenômeno estudado por meio de sistemas interativos com participação ativa nas respostas e decisões solicitadas; contribuem na interpretação de modelos físicos ao utilizar laboratórios de simulação computacional para testar hipótese, obtendo previsões sobre esses sistemas, neste caso o estudante é capaz de refletir sobre diferentes modelos teóricos. Van Joolingen, de Jong & Dimitrakopoulou (2007) e Zacharia (2007), citados por Baser e Durmus (2010) afirmam que estudos suportam a visão de que o ambiente experimental virtual tem efeito semelhante ou melhor na conceituação de conceitos científicos dos alunos quando comparados a ambientes experimentais reais.

## Críticas e dificuldades da utilização de computadores e simulações nas aulas

É preciso assinalar-se que a simples utilização da Informática e simulações não garante que os estudantes tenham uma boa aprendizagem. Bruner (1976) já indicava que despertar o interesse a curto prazo não é o mesmo que estabelecer o interesse a longo prazo. Recursos audiovisuais, filmes e dispositivos semelhantes podem ter o efeito de prender a atenção a curto prazo, o que não garante uma aprendizagem efetiva. Hohenfeld (2013) aponta outro problema, afirmando que a falta de fundamentação em teorias de aprendizagem, tanto na elaboração dos programas de simulação quanto nas atividades desenvolvidas no ambiente escolar, constituem-se uma prática muito comum nas simulações computacionais, principalmente quando utilizadas na perspectiva de laboratório didático.

Medeiros e Medeiros (2002) ressaltam vários motivos para termos cautela quanto ao uso computador nas aulas de Ciências. Há um grande risco implícito na adoção acrítica das simulações no ensino de Física, pois elas apresentam certas desvantagens, algumas vezes negligenciadas. As simulações computacionais por mais encantadoras que possam parecer, com movimentos, sons e cores, não são o acesso principal para os raciocínios não verbais. Computadores podem ser excelentes 'ajudantes', mas não são bons substitutos da experiência com o mundo real. A manipulação de objetos reais ainda é indispensável para a construção dos conceitos físicos. Erros na confecção dos softwares devido a falta de cuidado ou mesmo a uma falta de conhecimento em Física podem ocorrer, e levar os alunos a

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pensar de modo incorreto, e portanto, a não compreenderem a natureza. Um sistema real é frequentemente muito complexo e as simulações que o descrevem são sempre baseadas em modelos, que contêm necessariamente simplificações e aproximações da realidade. Uma animação não é uma cópia fiel do real. Toda simulação e animação está baseada em uma modelagem do real. Se essa modelagem não estiver clara para professores e alunos, e os limites de validade do modelo não forem tornados explícitos, essas simulações podem causar danos enormes.

Studart (2015) apresenta algumas das dificuldades da utilização dessas tecnologias na sala de aula, levando em consideração principalmente a realidade das escolas públicas brasileiras. Segundo o autor, pesquisas revelam que 85% dos professores não conseguem usar o computador nas aulas, sendo as razões: falta de tempo, deficiência na formação profissional, infraestrutura de informática insuficiente nas escolas e muita resistência dos docentes quanto à tecnologia.

## Considerações finais

Apresentados alguns argumentos a favor e contrários ao uso desses recursos computacionais em sala de aula, não poderíamos deixar de falar da importância de se tomar muito cuidado com a atividade que será desenvolvida pelos alunos juntamente ao uso do computador. Recomenda-se que a atividade concentre-se nos aspectos desejados, com um planejamento cuidadoso que considere as idéias prévias dos estudantes a respeito da situação estudada e o tempo necessário para completar a atividade (HODSON, 1988, citado por BORGES, 2002). Como já foi abordado, um laboratório virtual pode somente imitar certos aspectos da realidade, mas não sua total complexidade. Neste sentido Medeiros e Medeiros (2002) afirmam que a simulação nunca pode provar nada, o experimento real será sempre o último juiz. No entanto, há de admitir-se que boas simulações, criteriosamente produzidas, existem e que os professores guardam uma expectativa muito grande do potencial de suas utilizações. Já Hohenfeld (2013), defende a complementaridade dos laboratórios (virtual e material), na expectativa de superar as limitações e aproveitar as potencialidades de cada um.

## Referências

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