O USO DO SCRATCH COMO TECONOLOGIA EDUCACIONAL INTELIGENTE NO ENSINO DO CONCEITO FÍSICO DE FORÇA

## O USO DO SCRATCH COMO TECNOLOGIA EDUCACIONAL INTELIGENTE NO ENSINO DO CONCEITO FÍSICO DE FORÇA

## Wanderley Paulo Gonçalves Junior 1 , Eric dos Santos Sampaio 2 , Amanda Amantes 3

- 1 Universidade Federal do Rio de Janeiro/Colégio de Aplicação, wpgjunior@gmail.com
- 2 Universidade Federal da Bahia/Instituto de Matemática, erick.gtn.xp@gmail.com
- 3 Universidade Federal da Bahia/Faculdade de Educação, amandaamantes@gmail.com

## Resumo

O uso das Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs), como ferramentas educacionais inteligentes, inova e incrementa o processo de ensino e aprendizagem. Essa forma de utilização está inteira e completamente ligada a maneira com a qual criamos, planejamos, fundamentamos e executamos o uso dessas TICs nas atividades educacionais que pretendemos desenvolver e à sua integração às práticas pedagógicas. Nesse contexto, esse trabalho propõem a resolução de desafios através do uso da linguagem de programação disponibilizada pelo Michigan Institute of Technology (MIT), o Scracth, como ferramenta para a construção de simulações de Física. A elaboração dos desafios para realização das atividades de programação baseou-se no Force Concept Inventary (FCI), que é um teste criado para avaliar o entendimento dos alunos em relação aos conceitos fundamentais da física Newtoniana. A escolha do Scratch como linguagem de programação se deu pelo fato dela se basear no conceito de design, isto é, uma abordagem que enfatiza a concepção (criar e não apenas utilizar ou interagir), a personalização (criando algo que é pessoalmente significativo e relevante), a colaboração (trabalhando com outras pessoas nas criações) e a reflexão (revendo e repensando as práticas criativas de cada um). Nesse sentido, a ferramenta se usa a tecnologia de forma inteligente, colocando o aluno como agente do seu processo de aprendizagem, o que pode contribuir significativamente para a melhora desse processo.

Palavras-chave : Simulações, Força, Scratch, Ensino de Física.

## As Tecnologias de Comunicação e Informação (TIC) no ensino de Física

Desde a invenção do rádio e da televisão, o uso de tecnologias para o ensino tem sido considerado uma promessa revolucionária no ensino-aprendizagem das mais diversas áreas de conhecimento (FIOLHAIS e TRINDADE, 2003). Especialmente em relação à utilização de computadores, é inegável que a utilização desses equipamentos e dos softwares desenvolvidos para eles vem sofrendo grandes avanços nas últimas décadas, o que os torna mais acessíveis ao ensino de Física (ROSA, SILVA, et al. , 2016).

Uma vez que a introdução das TIC's, segundo o ponto de vista desse trabalho, implica na busca de uma inovação pedagógica para o ensino de física, deve-se observar que a simples introdução de equipamentos tecnológicos nas atividades escolares não implica, necessariamente, em um processo inovador de ensino; o uso do computador pode facilmente estar atrelado a práticas de ensino tradicional, o que o torna apenas mais um aparato de apoio didático como o livro

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23 a 27 de janeiro de 2019

texto e o quadro. É importante observar que as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) só surgem como uma ferramenta de grande potencial para incrementar pedagogicamente a área de ensino à medida que se atribui a elas o caráter de tecnologias inteligentes. Nessa perspectiva, a produção intelectual de softwares elaborados cuidadosamente e teoricamente fundamentados passa a ser a essência dos computadores (HOHENFELD, 2013).

Nesse contexto, pode-se afirmar que a utilização inteligente das TIC's não é uma característica inerente dos computadores em si, mas está inteira e completamente ligada à forma com a qual criamos, planejamos, fundamentamos e executamos o uso dessas máquinas nas atividades educacionais que pretendemos desenvolver. É essencial, portanto, levar-se em conta o contexto pedagógico no qual as TIC's serão inseridas, pois muito mais que a ação conjunta da informática com a educação, temos que buscar a integração dela às práticas pedagógicas (VALENTE, 1997; HOHENFELD, 2013; MACÊDO, PEDROSO, et al. , 2014).

Outro fato a ser considerado é que, cada vez mais, materiais baseados nas TIC's vêm sendo produzidos e utilizados em nossas salas de aulas, enriquecendo de forma significativa o processo de ensino e aprendizagem. Atualmente, com o barateamento dos equipamentos e com o avanço na produção de softwares independentes, dentro das mais variadas formas de utilização das TIC's, tem-se que as simulações computacionais de experimentos de Física surgem como um importante recurso educacional, constituindo-se em uma forma eficiente de apresentação de conceitos científicos (FIGUEIRA, 2005; ARANTES, MIRANDA e STUDART, 2010; HOHENFELD, 2013).

Por características específicas do conteúdo envolvido, talvez a Física seja uma das áreas que mais faz uso das simulações (COELHO, 2002), uma vez que é muito fácil se estabelecer uma ligação entre o estudo teórico do fenômeno e os experimentos realizados na plataforma de um laboratório virtual. Esse casamento bem-sucedido entre o experimental e o virtual ocorre principalmente porque a simulações permitem que os resultados sejam claramente expostos e que o experimento possa ser feito e refeito, repetindo-o quantas vezes for necessário. No entanto, é fundamental que se entenda que as simulações computacionais não devem substituir experimentos reais, mas sim se tornar importantes aliadas dessas atividades, aumentando, dessa forma, a eficiência do processo de ensino e aprendizagem. (MIRANDA, ARANTES e STUDART, 2011; DORNELES, ARAÚJO e VEIT, 2012; HOHENFELD e PENIDO, 2009).

Nessa perspectiva, pesquisadores da área identificam diversas possibilidades para o uso das TIC no ensino de Física como a administração escolar, a instrução e avaliação mediada pelo computador, a modelagem e simulação computacional, a coleta e análise de dados em tempo real, o uso de recursos multimídia, a comunicação à distância/internet, o uso da realidade virtual, a resolução algébrica/numérica e visualização de soluções matemáticas, o estudo de processos cognitivos do aluno, (BACON, 1992; ROSA, 1995; FIOLHAIS e TRINDADE, 2003; IVES, VEIT e MOREIRA, 2004; MARTINS e GARCIA, 2011).

Nesse universo de possibilidades, o trabalho que será aqui apresentado constitui-se numa modelagem de simulação computacional associado ao estudo de processos cognitivos do aluno, uma vez que o estudante ao programar/construir uma simulação, desenvolve habilidades que podem ser acessadas e avaliadas para melhor entendimento do seu processo de aprendizagem. Observa-se que, dessa

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forma, o uso da tecnologia vai além do seu caráter de aporte instrumental, fazendo com que o aluno abandone o papel de simples usuário de um jogo ou simulação para se tornar o responsável pela sua criação, o que nos permite analisar e contrapor habilidades de diversos domínios de conhecimento.

## A construção dos desafios e a escolha da linguagem de programação Scratch.

Os desafios propostos para a construção das simulações pelos alunos foram elaborados a partir do estudo do já validado 'Inventário Conceitual de Força (FCI) '. Esse inventário, ainda hoje, é amplamente utilizado na área de ensino de física (LUANGRATH e PETTERSON, 2007; FERNANDES e TALIM, 2009; YASUDA, UEMATSU e H., 2011), e se constitui em um teste elaborado para avaliar o entendimento dos alunos em relação aos conceitos fundamentais da física Newtoniana (HESTENES, et al., 1992). Após esse estudo, foram elaborados quatro desafios. O primeiro relacionando os conceitos de velocidade e aceleração ao conceito de Força; no segundo e o terceiro desafios buscou-se contemplar os vários aspectos que envolvem a 1ª e 2ª leis de Newton; e por fim, no quarto e último desafio buscou-se contemplar a 3ª lei de Newton.

Para a execução desses desafios optou-se pela utilização da linguagem de programação desenvolvida em 2003 pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), o Scratch. Tendo sido criado inicialmente para o uso com crianças a partir dos 8 anos de idade, essa linguagem é de fácil compreensão e utilização, possibilitando, atualmente, a criação de animações, simulações, jogos, etc., assim como a publicação desses projetos na web. (RESNICK, MALONEY, et al. , 2009; FERNANDES, DE SOUZA e DENIS, 2017). Baseada no conceito de design, o Scratch possibilita uma abordagem que enfatiza a concepção (é importante o criar e não apenas o utilizar ou interagir), a personalização (ao criar o aluno desenvolve algo singular, significativo e relevante), a colaboração (que surge no trabalho com outras pessoas na criação) e a reflexão (uma vez que a troca de informações com os colegas possibilita rever e repensar as práticas educativas de cada um) (MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY, 2011), fazendo com que as TIC's utilizadas no ambiente educacional extrapolem o ensino tradicional, possibilitando o desenvolvimento de uma postura mais autônoma, crítica e colaborativa do aluno (RESNICK, MALONEY, et al. , 2009).

Figura 01: Interface do Scratch

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Observa-se, na figura 01, que a interface do Scratch é muito amigável, onde cenários (palcos), objetos e comandos (em forma de blocos que se encaixam), são facilmente manipulados para a execução dos desafios apresentados. É importante ressaltar que a simbologia utilizada nessa linguagem de programação é simples, de fácil uso, tornando-se acessível para um maior contingente de alunos, possibilitando que eles consigam realmente programar.

- O desafio aqui proposto se constitui, assim, em uma atividade em que a aplicação do uso de tecnologia adquire um caráter inteligente, que coloca o aluno como agente do seu processo de aprendizagem e pode contribuir significativamente para a melhora desse processo.

## Desafio: passo a passo

Por uma questão de limitação de espaço, optou-se pela apresentação da construção de parte de um dos quatro desafios citados neste trabalho. O desafio a seguir, já validado por pares, foi planejado para alunos do ensino médio que receberam previamente instrução sobre a linguagem de programação Scratch e tem como objetivo a discussão da relação entre os módulos da força e a correspondente variação de velocidade no decorrer do tempo (isto é, a aceleração).

## Quadro 01: Desafio a ser executado pelo estudante

- O desafio apresentado, Como ponto de partida, deixa em aberto para o estudante a escolha da posição inicial dos corpos, de suas velocidades iniciais e se eles estarão no mesmo planeta.

Uma das soluções possíveis e talvez a mais simples, é considerar que todos os três corpos sejam soltos da mesma altura, a partir do repouso, em um mesmo planeta (estar no mesmo planeta tem como consequência que o valor da aceleração da gravidade seja o mesmo para os três corpos). Estabelecidos esses parâmetros iniciais o aluno, através da 2ª lei de Newton, R R a F m  /combarrowextender /combarrowextender /arrowrightnosp /combarrowextender /combarrowextender /arrowrightnosp (equação 1) , em que ' a /arrowrightnosp ' é o módulo da aceleração resultante que está submetido cada um dos corpos, ' R F /combarrowextender /combarrowextender /arrowrightnosp ' é o modulo da força resultante que atua sobre cada um deles e ' m ' suas respectivas massas, terá argumentos para concluir que se os corpos estão submetidos a uma mesma aceleração (que no caso é a aceleração da gravidade do planeta), a condição colocada no desafio de que sobre cada corpo atue uma força

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diferente (ou seja, pesos diferentes) implica obrigatoriamente que esses corpos devem possuir massas diferentes.

A partir dessas colocações, o estudante pode iniciar a construção de sua simulação. Após a colocação de uma imagem escolhida como cenário na área de trabalho do Scratch, ele partirá para o desenho dos objetos que representarão os três corpos. Utilizando as representações gráficas disponíveis no próprio programa (pois é possível se escolher imagens em um repositório. A figura 02 ilustra essa etapa da construção da simulação para cada um dos objetos:

Figura 02: Construindo os objetos

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Destacado por uma elipse vermelha, tem-se as coordenadas da linha guia colocada abaixo do primeiro objeto (amarelo). O objetivo dessa linha foi estabelecer um horizonte (coordenada 'y') sobre o qual possa se alinhar as bases de cada uma das esferas (de tamanhos diferentes), evitando, assim, que os tamanhos de cada uma delas interfiram na chegada ao chão.

No próximo passo, seleciona-se a camada da primeira esfera (amarela) e constrói-se o algoritmo que permitirá que a simulação execute o movimento de queda desejado, como ilustrado na figura 03.

Figura 03: Construindo os objetos

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Para evidenciar a relação da aceleração com o peso do corpo e sua massa, optou-se nesse algoritmo em coloca-la em função dessas grandezas, de forma que para se obter o valor da aceleração nessa camada o usuário terá que sugerir valores

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para o peso e a massa do corpo. Essa linha de comando no algoritmo, para a primeira esfera foi denominada de 'aceleração 1', como se observa na figura 04.

Figura 04: Algoritmo construído para o primeiro objeto (esfera amarela)

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Determinada a linha de comando que define a aceleração do corpo, na próxima etapa, certo que o movimento de queda sem a resistência do ar constitui-se em um movimento uniformemente variado, o estudante utiliza a função horária

desse movimento 2 0 0 2 a t S S V t      (equação 2), em que " " S é a posição final do

móvel, 0 " " S é sua posição inicial, 0 " " V é sua velocidade inicial , " " a a aceleração que está submetido e " " t o intervalo de tempo durante o qual ocorre o movimento, para descrever o fenômeno solicitado nesse desafio. Na figura 04 o algoritmo dessa linha de comando corresponde a função horária da posição (equação 2) e é denominado de 'posição final'.

Figura 05: Algoritmo construído para a segunda e terceira esfera (azul e roxa)

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Observando-se as partes do algoritmo em destaque na figura 05, observa-se que as linhas de comando do segundo e terceiro objetos se diferem do primeiro pela

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aceleração de cada um deles se constituir em uma nova variável: 'aceleração 2' e 'aceleração 3'. A sugestão de se ter acelerações diferentes em cada uma das camadas possibilita ao estudante testar valores diferentes para o peso e a massa dos corpos e verificar que, só quando a razão entre essas grandezas é constante, teremos os 3 corpos caindo ao mesmo tempo.

A figura 06 ilustra o resultado da construção da simulação relativa ao desafio proposto. No link https://scratch.mit.edu/projects/230417380/ encontra-se disponível essa simulação com seu referido algoritmo para acesso público.

Figura 06: Simulação resultante da resolução do desafio

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Ressalta-se que o desafio apresenta muitas possibilidades de operação, mas a solução sugerida demonstra se o estudante se apropriou corretamente dos conceitos físicos envolvidos no fenômeno de queda. Caso contrário, a simulação construída apresentará falhas na sua concepção. Logo, a atividade proposta se constitui em uma importante ferramenta para o professor, não somente do ponto de vista de estratégia de ensino, mas também como forma de avaliação do processo de aprendizagem.

## Considerações finais

O uso das TIC's em sala de aula não garante que se tenha uma inovação pedagógica no processo de ensino e aprendizagem, uma vez que elas podem ser utilizadas como mais uma ferramenta para o ensino tradicional (FIOLHAIS e TRINDADE, 2003; HOHENFELD, 2013). Em contraposição a esse tipo de uso, o desafio apresentado nesse trabalho exige que o aluno abandone uma posição de simples usuário de simulações e jogos, passando atuar ativamente em sua aprendizagem. No contexto proposto neste trabalho, o Scratch, concebido a partir do conceito de design (concepção, personalização, colaboração e reflexão), surge como um instrumento muito adequado para uma abordagem que busca o uso das TICs como uma forma de 'tecnologia educacional inteligente' (HOHENFELD, 2013), fazendo com que o estudante articule uma diversidade de habilidades tais como a criatividade, a autonomia e a reflexão no seu processo de aprendizagem de conteúdos relacionados ao conceito físico de Força.

Espera-se que esse trabalho, além de ilustrar a possibilidade do uso das TIC's como uma 'tecnologia educacional inteligente', auxilie outros pesquisadores e professores das áreas de ensino de Ciências em suas reflexões sobre suas práticas pedagógicas na busca de inovações educacionais que contribuam para o processo de ensino e aprendizagem dessa área.

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## Referências

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