TEORIA DA RELATIVIDADE NO ENSINO MÉDIO POR MEIO DE TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO (TICS): DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE E ANÁLISE DOS SENTIDOS PRODUZIDOS PELOS ALUNOS

## ENSINO DA TEORIA DA RELATIVIDADE NO ENSINO MÉDIO POR MEIO DE TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO (TICS): DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE E ANÁLISE DOS SENTIDOS PRODUZIDOS PELOS ALUNOS

Lucas Guarnieri Marteli , Fernanda Cátia Bozelli 1 2

1 Universidade Estadual Paulista/Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, lucas\_marteli@hotmail.com

## Resumo

As pesquisas referentes ao ensino de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio têm, no decorrer dos anos, questionado sua inserção e relevância no processo de ensino e aprendizagem. Porém, em específico, o conteúdo de Relatividade ainda possui pouco espaço nas salas de aula, bem como no currículo ou recursos didáticos. Nesse sentido a ausência desse conteúdo implica não somente na não aprendizagem do conhecimento para fins educacionais, mas também para a exclusão dos alunos no que tange a cultura científica. Os conceitos relativísticos revelam um universo abstrato, que não estamos aptos a enxergar em nosso cotidiano, mas por meio de recursos, como simulações, softwares, hipermídias, tal exercício pode se tornar compreensível. Diante desse cenário, este estudo busca contribuir com a aquisição de conhecimento e cultura científica no que diz respeito ao tema de Relatividade por estudantes do Ensino Médio por meio da seguinte questão de pesquisa: Que sentidos são produzidos por alunos do Ensino Médio ao terem contato com o conhecimento da teoria da relatividade por meio do uso de tecnologias da informação e comunicação (TICs)? De forma a responder a pergunta será aqui apresentado a primeira etapa da pesquisa que contempla a elaboração de um minicurso e um software educacional para a abordagem do tema. Espera-se com esse trabalho poder contribuir com o ensino e aprendizagem de Física Moderna e Contemporânea no que tange a possibilitar o acesso a recursos que possam ser utilizados em sala de aula por meio do diálogo Ciência básica e tecnologia.

Palavras-chave : Tecnologia da informação e comunicação (TIC's), Relatividade, Ensino médio.

## Introdução

As pesquisas referentes ao ensino de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio tem, no decorrer dos anos, questionado sua inserção e relevância no processo de ensino e aprendizagem dos alunos do Ensino Médio (OSTERMANN E MOREIRA, 2000). Porém, em específico, o conteúdo de Relatividade Restrita e Geral ainda possuem pouco espaço nas salas de aula, bem como no currículo ou recursos didáticos (PINTO e ZANETIC, 1999). Em média apenas 1,53% do conteúdo analisado no artigo publicado por Groch e Bezerra Jr (2009) era referente a Relatividade Geral e Relatividade Restrita.

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Dentre os tópicos da FMC, a Relatividade Restrita pode ser descrita e matematizada de for simples já conhecida pelos alunos do EM, por meio da geometria elementar e trigonometria básica (NATÁRIO, 2010), porém o mesmo conceito está entre os mais abstratos e de difícil entendimento, exigindo de alunos e professores um elevado grau de abstração. Os conceitos relativísticos revelam um universo que não estamos aptos a enxergar em nosso cotidiano, mas por meio de certas ferramentas tal exercício pode se tornar mais prático e intuitivo, como por meio das Tecnologias da Informação e Comunicação.

Diante desse cenário, este estudo busca contribuir com a aquisição de conhecimento e cultura científica no que diz respeito ao tema de Relatividade por estudantes do Ensino Médio, por meio da seguinte questão de pesquisa: Que sentidos são produzidos por alunos do EM ao terem contato com o conhecimento da teoria da relatividade por meio do uso de Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs)?

## Referencial Teórico

A evolução dos computadores e da rede mundial de computadores, a internet, progrediu e permitiu com que a comunicação evoluísse drasticamente em pouco tempo. A comunicação por voz, texto e vídeo revolucionou as telecomunicações, culminando na sociedade em rede que atualmente é dependente de tal tecnologia para serviços básicos e sociais (PEREIRA E SILVA, 2010 e CASTELLS, 1999).

Atualmente as tecnologias da informação e comunicação se referem diretamente à geração, processamento e transmissão de informações por meio de tecnologias (PEREIRA E SILVA, 2010). As TICs estão presentes no dia-dia da maioria das pessoas. Elas são todos os meios tecnológicos utilizados para fins de informação e comunicação.

As TICs são utilizadas para as comunicações, entretenimento e atualmente vêm se tornando cada vez mais presente dentro de escolas e universidades. Podem ser definidas como Tecnologias da informação e comunicação, desde o quadro negro, livro didático e também o computador, que são utilizados na educação com o objetivo de agregar qualidade ao ensino. Dentre as diversas áreas das Tecnologias da Informação e Comunicação, este trabalho se aterá a analise de mundos e ambientes virtuais para o ensino de Física a partir de computadores.

Segundo Lévy (1999) o processo de evolução tecnológica associada a rede de computadores e os próprios computadores, a cibercultura como um todo, pode ser considerada como uma evolução cultural como continuação da evolução biológica do ser humano, uma meta evolução.

A cibercultura encontra-se ligada ao virtual de duas formas: direta e indireta. Diretamente, a digitalização da informação pode ser aproximada da virtualização. Os códigos e computaste inscritos nos disquetes ou discos rígidos dos computadores - invisíveis, facilmente copiáveis e transferíveis de um nó a outro da rede - são quase virtuais, visto que são quase independentes de coordenadas espaço temporais determinadas (LÉVY, 1999, p. 48).

O uso de computadores como ferramenta de aprendizagem para os alunos é visto como necessário, como citado nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) '[…] para que possam estar atualizados em relac GLYPH<31> ão às novas tecnologias da

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informac GLYPH<31> ão e se instrumentalizarem para as demandas sociais presentes e futuras" (BRASIL, 1997 p. 67).

Atualmente muitas tecnologias já fazem parte da realidade educacional brasileira: televisão, vídeos, artefatos lúdicos e computadores. Os computadores já presentes nas maioria das escolas "se diferenciam de tecnologias como o quadro ou livro por permitir uma grande convergência de recursos como áudio, animações, vídeo, texto, fotos, entre outros, além da internet' (SCHUHMACHER, 2014, p. 96).

Tendo em vista a evolução tecnológica que está cada vez mais veloz, a sala de aula não pode ficar defasada da tecnologia presente na sociedade. Esta evolução deve fazer parte do paradigma educacional dos alunos, pois os mesmos devem estar preparados, nos âmbitos de criatividade, competências, etc (ALTOÉ E SILVA, 2008). As Diretrizes Curriculares Nacionais para a Educação Básica, também salienta que as TICs devem ser utilizadas de forma a gerar o desenvolvimento da interatividade virtual do aluno e que deve ser provido ao mesmo acesso as tecnologias, afinal são temas presentes em todas as áreas da vida do século XXI (BRASIL, 2014).

As TICs permitem que representações e simulações de problemas sejam contextualizados e demonstrados, facilitando e provendo a compreensão do conhecimento de forma natural. No entanto deve-se tomar precauções para que a tecnologia não seja utilizada apenas como um recurso didático que apenas chama a atenção do aluno, fazendo o de costume apenas com uma ferramenta diferenciada. 'Um grande risco de se produzir uma estagnação didática e, sobretudo, curricular: fazer a mesma tarefa antiga apenas com novas tecnologias, […] utilizando novos recursos' (FROTA, 2016, p. 4).

Dentre as inúmeras possibilidades de abordagem existentes dentre as Tecnologias de Informação e Comunicação, este trabalho utilizará softwares com interfaces gráficas tridimensionais, que possam gerar mundos virtuais programados para se comportar de forma a aproximar os alunos do tema proposto, a Relatividade. Esta etapa do trabalho se aterá a analisar mundos virtuais tridimensionais dotados de características físicas e mecânicas predefinidas, onde os objetos virtuais se comportam de modo a representar a física como ela é no mundo real, e que possam ser utilizados para o ensino de Física.

Os mundos virtuais buscam levar para seus usuários imersão visual, controle/movimentação e interação com tal mundo. São gerados por computadores e possuem como principal objetivo a simulação da realidade ou de realidades paralelas.

'Mundo', em sua etimologia, refere-se a totalidade do conhecido, a Terra, a criação de divina. 'Virtual' em uma vertente filosófica 'é aquilo que existe apenas em potência e não em ato […], a irrealidade, enquanto a 'realidade' pressupõe uma efetivação material, uma presença tangível' (LÉVY, 1999, p. 47).

Tecnicamente o mundo virtual não está salvo na memória do computador da forma que se apresenta, ele é renderizando em tempo real apenas quando solicitado. Mundos virtuais são em sua maioria compostos por uma serie de características bem definidas, como a Física, características visuais, sendo possível simular a realidade ou realidades paralelas. Sempre simulados a partir de recursos computacionais, podendo ser considerados como a transcrição da realidade para o digital:

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'Um mundo virtual - considerado como um conjunto de códigos digitais é um potencial de imagens, enquanto uma determinada cena, durante uma imersão no mundo virtual, atualiza esse potencial em um contexto particular de uso. Essa dialética do potencial, do cálculo e da exibição contextual caracterizada a maioria dos documentos ou conjuntos de informações de suporte digital' (LÉVY, 1999, p. 48).

Os mundos virtuais passaram a ser considerados em diferentes tipos de aplicação dentro da educação, pois podem proporcionar aos alunos uma formação construtivista em que o mesmo é protagonista no seu processo de aprendizagem (HENRY et al, 2014). Diferente de um vídeo ou animação que pode ser apenas observado, os mundos virtuais possibilitam controle e interação permitindo assim a construção ativa do conhecimento.

Atualmente os mundos virtuais estão presentes na indústria do entretenimento, nos videogames, e também nas simulações que podem ser utilizadas para fins demonstrativos, educacionais ou experimentais.

No caso específico desta pesquisa, o mesmo tem como um de seus objetivos utilizar como recurso didáticos os mundos virtuais com o tema Relatividade. Assim será analisado os sentidos produzidos pelos alunos a partir de tal experiência. Será utilizado o jogo A Slower Speed of Light , desenvolvido pelo grupo MIT Game Lab , do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. O jogo tem como objetivo demonstrar e ilustrar para os jogadores efeitos visuais relacionados e expansão espacial relacionada a altas velocidades, possibilitado aos professores e alunos uma nova experiência relacionada ao tema (KORTEMEYER e SCHIRRA, 2013). A Slower Speed of Light apresenta um mundo virtual tridimensional com aspectos visuais que buscam ilustrar a expansão espacial, oferecendo ao usuário a possibilidade de se mover com velocidade próxima a da luz. O usuário tem a liberdade de se movimentar por um ambiente que remete a uma aldeia, com construções e obstáculos e tem como objetivo coletar itens espalhados pelo cenário, que quando coletados diminuem a velocidade da luz, alterando assim a percepção do jogador em relação ao ambiente.

## Metodologia

Esta pesquisa é de natureza qualitativa por possibilitar a análise de fenômenos sociais e individuais (GODOY, 1995, LUDKE E ANDRÉ, 1986). Visto que o interesse da mesma é analisar os sentidos produzidos por alunos acerca do conhecimento de Relatividade, esta foi a metodologia que se mostrou mais adequada. Terá como sujeitos, alunos do terceiro ano de uma Escola Estadual do interior do estado de São Paulo. A escolha desta escola se deve a ausência do conteúdo referente a Relatividade e Física Moderna e Contemporânea em geral, mais especificamente o conteúdo de Relatividade Restrita no currículo da mesma, mesmo que estes sejam previsto pelos Paramentos Curriculares Nacionais (PCN) (BRASIL, 1997), bem como pelo currículo do estado de São Paulo. De forma a responder a pergunta que motiva essa pesquisa, está sendo elaborado um minicurso para ser oferecido aos alunos, o qual contém o desenvolvimento de um software específico para a abordagem do tema, bem como está sendo planejamento a aplicação de um grupo focal ao final do minicurso com intuito de compreender os sentidos produzidos pelos alunos sobre esse conhecimento. Por uma questão de

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espaço e de que a pesquisa está em andamento, será apresentado aqui o dados referentes a etapa de elaboração do minicurso e software para fins de discussão.

## Resultados e Discussões

O conteúdo referente a esta pesquisa será apresentado para os sujeitos no formato de minicurso, seu cronograma está apresentado na tabela 1.1. O minicurso foi elaborado considerando a ilustração a partir dos mundos virtuais como

sua principal ferramenta. O minicurso tem como objetivo abordar a Teoria da Relatividade explorando suas características históricas, conceituais e tecnológicas.

Além do game /mundo virtual A Slower Speed of Light , utilizado para a apresentação e demonstração da Teoria da Relatividade durante o minicurso, também será utilizado o software desenvolvido exclusivamente para este, por meio do motor gráfico Unity 3D , com o objetivo de levar exemplos e animações para 1 serem problematizados durante o desenvolvimento da situação proposta. A figura 1.1 apresenta a interface para o usuário na tela de abertura. A figura 1.2 apresenta os efeitos visuais que representam o efeito Doppler ilustrado/simulado pelo software.

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Figura 1.2 S oftware desenvolvido: Visualização da contração espacial e efeito Doppler na luz

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As principais características do software desenvolvido se trata da implementação de simulações relativísticas criadas e desenvolvidas pelo grupo MIT Game Lab , o projeto OpenRelativity. O software, um projeto do Unity 3D, traz de forma ilustrativa e totalmente editáveis os mesmo efeitos utilizados no jogo A Slower Speed of Light , como a dilatação espacial e efeito Doppler na luz.A partir do projeto OpenRelativity (Figura 2.1) foi possível modificar os aspectos do mundo virtual de forma a trazer mais exemplos ilustrativos e demonstrativos para o minicurso. Foi criado um ambiente virtual que representa o planeta Terra visto do espaço. No software o usuário tem a liberdade de se movimentar pelo espaço, e ainda pode controlar sua velocidade relativa em relação a velocidade da luz que possibilita a visualização do efeito Doppler na luz e a ilustração da distorção espacial.

## Conclusões

Mesmo se tratando de uma pesquisa em andamento, algumas considerações já são possíveis de serem tecidas para fins de diálogos e reflexões. Durante o desenvolvimento deste software foram adotados critérios que não podem ser ignorados durante o desenvolvimento de um software educativo como, por exemplo, a coerência do conteúdo. Segundo Cenci e Bonelli (2012), dentre os critérios mais importantes a serem seguidos no desenvolvimento de um software educacional estão a coerência na apresentação do conteúdo, apresentação fiel a proposição, organização dos conteúdos, coesão de linguagem e gramática, interface adequada, tempo de resposta entre outros aspectos, os quais foram considerados e seguidos durante seu processo de desenvolvimento. Considerando que tal software será utilizado apenas durante o minicurso, com o auxílio do professor, alguns aspectos considerados importantes, como o manual do professor, não terão a influência neste caso. Contudo, devido a falhas no conhecimento técnico de programação nem todos os critérios considerados como básicos puderam ser seguidos na elaboração, porém como o responsável pelo minicurso estará presente durante todo o período em que o software será utilizado, o mesmo deve se atentar a

Figura 2.1 OpenRelativity: Simulação da contração espacial e efeito Doppler na luz. O efeito Doppler também é resultado pelas texturas que apresenta as siglas do comprimento de onda observado referente ao movimento, no caso apresentado as texturas apresenta a sigla IR para o infra vermelho em inglês infra red. Fonte: MIT Game Lab.

possíveis conflitos com os usuários. Dentre os aspectos considerados importantes

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num software educacional que não puderam ser seguidos estão: acessibilidade ao programa para usuário portador de necessidade físicas e mentais especiais, grau de compreensão sem a presença de um instrutor, ajuda online e documentação. Ao mesmo tempo, espera-se que ao longo do desenvolvimento do mesmo, o software possa ser aperfeiçoado de forma a atender todos os critérios. Nesse sentido, espera-se com esse trabalho poder contribuir com o ensino e aprendizagem de Física Moderna e Contemporânea no que tange a possibilitar o acesso a recursos que possam ser utilizados em sala de aula por meio de um diálogo que se aproxime mais do contexto atual em que estamos inseridos.

## Referências

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