SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL EM PYTHON: OSCILADORES

## SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL EM PYTHON: OSCILADORES

## Fabian Cardoso Litaiff¹

- 1 Universidade do Estado do Amazonas/EST/Ciclo Básico de Engenharia, flitaiff@uea.edu.br

Palavras-chave : TICs, Python, Simuladores.

## Resumo

Entendendo a educação como um processo de aquisição de conhecimentos, habilidades e atitudes, este trabalho propôs uma experiência pedagógica baseada na construção e aplicação de simuladores, utilizando-se a linguagem Python e seu módulo VPython para a construção de três simuladores: oscilador harmônico simples, oscilador amortecido e oscilador perpendicular (NUSSENZVEIG, 2013), observandose a tendência na área do Ensino de Física, que cada vez mais vem utilizando as Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) - expressão geral usada para todos os meios técnicos que tratam a informação e facilitam a comunicação, incluindo hardware e software. Destaca-se a importante contribuição dos Objetos de Aprendizagem (OAs), que são recursos complementares ao processo ensinoaprendizagem, caracterizados pela sua reusabilidade, pela portabilidade, sendo operados em diversos tipos de hardware e softwares, aqui entendidos como uma TIC (MACÊDO et al., 2014). Sua criação e utilização são os principais objetivos deste trabalho.

Esta experiência pedagógica nos permite alcançar os mais altos estágios do processo cognitivo, relacionados aos conhecimentos procedural, que se caracterizam pela capacidade de utilizar métodos, critérios e técnicas, e os conhecimentos metacognitivos, relacionados à profundidade e amplitude do conhecimento adquirido, permitindo ao estudante ser capaz de integrar conhecimentos e agir estrategicamente na avaliação e criação de soluções e modelos, conforme definidos pela Taxonomia de Bloom Revisada (SILVA et al., 2014). Destaca-se o papel do professor como agente ativo em todo o processo de avaliação da aprendizagem, mantendo o aluno como protagonista do seu aprendizado. Uma importante ferramenta para isto é o software Trello, muito usado nas metodologias ágeis.

Os procedimentos metodológicos utilizados implicaram em momentos de estudos do conteúdo: o oscilador harmônico simples massa-mola e sua equação de movimento; a solução para a posição em função do tempo como uma função periódica; suas propriedades físicas, tais como, período, velocidade, energias cinética, potencial elástica e mecânica, escrevendo tais propriedades na forma da linguagem de programação Python. Outro procedimento utilizado foi a criação de histórias de usuário (CARVALHO; BARBOSA; SILVA, 2014), que é um método para levantamento de requisitos que descreve de forma funcional as necessidades do usuário do produto. Segue-se com a fase de modelagem matemática, entendida como a arte de transformar problemas da realidade em problemas matemáticos (BASSANEZI, 2002); e a implementação do modelo na linguagem Python e de seu módulo VPython, e os testes dos simuladores. A mesma metodologia foi utilizada para a análise do oscilador

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

amortecido, com diferença apenas para o simulador relacionado ao oscilador perpendicular, que destina-se a construir as famosas figuras de Lissajous (CENA et al., 2014). Os materiais utilizados resumem-se a um computador com acesso a internet, pois todos os softwares utilizados na construção dos OAs e acompanhamento dos alunos são livres.

Os resultados da simulação do Oscilador Harmônico Simples estão mostrados na figura 1, apresentando a movimentação da partícula e os gráficos da posição e das energias em função do tempo e o gráfico do espaço de fase da velocidade em função da posição.

Figura 1 : Oscilador Harmônico Simples e suas propriedades.

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No caso do Oscilador Amortecido, pode tratar os três tipos de movimentos amortecidos: O movimento subamortecido, mostrado na figura 2, o movimento superamortecido e movimento crítico. Os resultados comparados, permitem aos alunos a construção do conhecimento ancorado ao conhecimento do modelo mais simples.

Figura 2 : Oscilador Amortecido e suas propriedades.

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A construção das figuras de Lissajous é o principal objetivo da simulação do Oscilador Perpendicular mostrado na figura 3, com vários valores das frequências e constantes de fase, o que permite aos alunos compreenderem como as frequências

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naturais de cada mola influem na construção das curvas, se estes períodos estiverem na razão de dois números inteiros, obtendo curvas fechadas ou abertas.

Figura 3 : Oscilador Perpendicular com várias combinações de frequência e defasagens.

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Este trabalho foi desenvolvido junto aos cinco alunos bolsistas do Projeto Academia STEM e observou-se trabalho colaborativo, desenvolvimento da criatividade e inovação, motivação dos membros da equipe, interdisciplinaridade e, com a análise do produto entregue, pode-se dizer que os alunos alcançaram a aquisição de conhecimentos procedural e metacognitivos. Comprova-se que a proposta pedagógica apresentada atingiu seus objetivos e espera-se contribuir com a transformação do ensino tradicional, ligado ao aprendizado mecânico, para o ensino significativo, caracterizado pela aprendizagem sólida, colaborativa e inovadora.

## Referências

BASSANEZI, R. C. Ensino-aprendizagem com modelagem matemática . 4 a edição ed. São Paulo: Editora Contexto, 2002.

CARVALHO, L. A. C.; BARBOSA, M.; SILVA, V. B. Proposta e Avaliação de uma Abordagem Lúdica para o Ensino de Histórias de Usuário e Scrum. Gestão e Projetos: GeP , v. 5, n. 3, p. 44-58, 2014.

CENA, C. R. et al. Uma abordagem teórica e experimental do oscilador harmônico em duas dimensões utilizando as curvas de Lissajous. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 36, n. 2, p. 1-9, jun. 2014.

MACÊDO, J. A. DE et al. Levantamento das abordagens e tendências dos trabalhos sobre as Tecnologias de Informação e Comunicação apresentados no XIX Simpósio Nacional de Ensino de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 31, n. 1, p. 167-197, 2014.

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NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica: Mecânica . Edição: 5 ed. São Paulo - SP: Blucher, 2013.

SILVA, V. A. DA et al. ANÁLISE DE QUESTÕES DE FÍSICA DO ENEM PELA TAXONOMIA DE BLOOM REVISADA. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências (Belo Horizonte) , v. 16, n. 3, p. 189-202, dez. 2014.

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