A IMPRESSÃO 3D NO ENSINO DE FÍSICA: POTENCIALIDADES E DESAFIOS

## A IMPRESSÃO 3D NO ENSINO DE FÍSICA: POTENCIALIDADES E DESAFIOS

José Henrique Piãotquewicz 1 , Matheus de Assis Martins 2 , Ivanilda Higa 3

1 UFPR/PPGE/GEPCED-CN, bolsista PROEX/CAPES, jose.henrique@ufpr.br 2 UFPR/GEPCED-CN, bolsista PIBIC/CNPq - Brasil, matheus.martins@ufpr.br 3 UFPR/DTPEN/PPGE/GEPCED-CN, ivanilda@ufpr.br

Palavras-chave : Ensino de Física; Impressão 3D; Física Experimental.

## Resumo expandido

No ensino de Física, tanto docentes quanto discentes são apresentados a uma vasta gama de ferramentas e recursos didáticos que visam potencializar o processo de ensino-aprendizagem. Dentre os possíveis recursos, existe um atrativo inerente às práticas que se aproximem do âmbito experimental da Física, garantido pelas oportunidades de discussão que podem ser estimuladas pela manipulação do material concreto, seu aspecto visual, por vezes contra-intuitivo, surpreendente ou lúdico da atividade. Entretanto, ao optar por uma perspectiva de ensino com caráter mais experimental, questões como custo dos equipamentos, necessidade de um espaço físico adequado, ou então as dificuldades relacionadas com a manutenção destes, podem surgir durante o planejamento do professor. Frente a este cenário, a combinação das tecnologias de modelagem e impressão 3D surge como alternativa viável para professores que buscam abordar fenômenos físicos de forma palpável, trazendo a Física para além do quadro ou da tela de um computador (BASNIAK; LIZIERO, 2017). Transcendendo a Física e discutindo o ensino dentro da grande área que compõe a STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) , o uso de modelos impressos tridimensionalmente auxiliam na exploração de conceitos, visualização e compreensão de elementos por vezes inacessíveis aos estudantes dentro de uma sala de aula (PIRES; VINHOLI JÚNIOR, 2022).

No entanto, ainda que se verifiquem tais possibilidades para o uso de modelos impressos tridimensionalmente no ensino de Física, dentro da área de Ciências da Natureza, este é o componente curricular de menor expressão no que diz respeito à publicação de trabalhos que envolvam a tecnologia de impressão 3D (PIRES; VINHOLI JÚNIOR, 2022), e é o que apresenta menor quantidade de modelos já prontos em repositórios online.

Desta forma, o presente trabalho tem por objetivo discutir as potencialidades e os desafios da implementação dessa tecnologia no ensino de Física, contribuindo para ampliar as discussões acerca desta temática na área.

Nos diferentes níveis do ensino de Física, são observados tópicos nos currículos educacionais que buscam explorar fenômenos físicos em diferentes temáticas e que oferecem possibilidade para uma abordagem experimental, como mecânica newtoniana, termodinâmica e eletromagnetismo. Buscar uma prática que se aproxime do cenário experimental é uma tarefa que pode rapidamente se tornar custosa, do ponto de vista financeiro, sendo que a falta destes recursos já representa um dos principais problemas encontrados em diversas instituições educacionais do país, sobretudo públicas. Com base nisso, apresenta-se as primeiras das potencialidades da implementação da tecnologia de modelagem e

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8 a 10 de novembro de 2023 - SNEF em Rede: Laços e Nós do Ensino de Física

impressão 3D para o ensino de Física: a sua versatilidade e a sua especificidade, uma vez que é possível que os professores criem materiais educativos que atendam às necessidades individuais observadas em sala de aula (ONISAKI; VIEIRA, 2019). Além disso, outra potencialidade é que, uma vez que se obtenha o modelo para impressão, torna-se mais fácil a sua reprodução e replicabilidade, de forma que é facilitada tanto a manutenção do experimento quanto a produção de mais de uma unidade do material estudado, permitindo que os alunos possam manipulá-lo concomitantemente ao professor no decorrer da aula.

Outro ponto que favorece o uso de impressões 3D no ensino de Física diz respeito ao seu custo. Em buscas em lojas especializadas em experimentos didáticos, observa-se que os aparatos experimentais possuem um valor de mercado elevado. Com a utilização de modelos impressos tridimensionalmente, o gasto estaria concentrado na aquisição da impressora 3D, na energia elétrica e matéria-prima utilizadas, a depender do modelo escolhido. Hoje encontram-se diversos revendedores que comercializam os insumos necessários, facilitando seu acesso e disponibilidade, além do barateamento de aquisição do equipamento em anos recentes, decorrentes do avanço tecnológico deste nicho de mercado (PIRES; VINHOLI JÚNIOR, 2022). É pertinente citar também a grande variedade de materiais utilizados como matéria-prima para a fabricação, possibilitando diferentes propriedades que atendam as necessidades do professor para a peça em questão.

Embora possa parecer inicialmente intimidador, o profissional da educação tem os meios de comunicação digitais como um grande aliado. Fóruns, comunidades on-line , páginas em redes sociais e vídeo tutoriais fornecem ao iniciante um rico amparo teórico, onde é possível encontrar informações postadas por usuários que já encontraram problemas comuns, guias de configurações e até mesmo cursos de modelagem e fabricação. Esta democratização do acesso ao conhecimento básico necessário, somado à disponibilização de softwares de acesso aberto, contribuem para que a experiência seja facilitada para aqueles que procuram desenvolver trabalhos utilizando este equipamento. Desta forma, é possível atribuir parte do aumento nas pesquisas envolvendo recursos impressos à cultura maker e DIY (Do It Yourself) (PIRES; VINHOLI JÚNIOR, 2022; ONISAKI; VIEIRA, 2019).

Faz-se necessário, no entanto, discutir também um outro lado da moeda que acompanha a adoção destes equipamentos pelos professores. Ainda que encontre-se na internet uma abundância de materiais que orientem o usuário ao longo do processo, desde a instalação até a impressão da sua primeira peça; é inegável a presença de uma curva de aprendizagem, e até que esta seja superada, a experiência pode ser bastante frustrante. Dentro desta curva de aprendizagem, a necessidade de calibração constante da máquina em termos de nivelamento, tensionamento de correias e manutenção dos componentes térmicos pode apresentar-se como um desafio contundente para usuários inexperientes.

Embora o valor de investimento necessário tenha sofrido uma redução com o passar do tempo, o acesso ao equipamento ainda necessita de recurso financeiro inicialmente elevado a depender do modelo de impressora escolhido. A etiqueta que, muitas vezes, ultrapassa o valor de dois mil reais, é um fator considerável, mesmo que se prove economicamente viável a longo prazo, ainda mais se for estabelecido um comparativo com o preço de experimentos já fabricados encontrados on-line.

Tem-se ainda a dificuldade presente na esfera da modelagem 3D. Mesmo com videoaulas em plataformas digitais que cubram os recursos básicos de alguns

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softwares que tenham essa função, o desenvolvimento de uma peça que compõe um experimento, com dimensões e tolerâncias bem definidas, e que desempenhe a função para a qual foi planejada, é um processo longo que muito se assemelha à uma sequência investigativa. Isso demanda tempo e conhecimentos específicos, não apenas sobre o programa computacional utilizado, mas também da esfera científica da Física. Tal aproximação é desafiadora e possivelmente intimidadora, além de demandar investimento de tempo de estudo e aperfeiçoamento por parte do educador (BASNIAK; LIZIERO, 2017, p. 448). Esta dificuldade pode ser um dos pontos que contribuem para a deficiência de propostas de experimentos para o ensino de Física utilizando a impressão 3D, no entanto, é necessário maior aprofundamento para melhor compreender as causas deste efeito.

Enquanto a impressão 3D é apresentada como uma ferramenta inovadora que possibilita o desenvolvimento de diferentes recursos para auxílio nas aulas de Ciências, é necessário considerar que, como toda nova tecnologia, faz-se necessário certo tempo de adaptação e esforço para aprendizagem. Ainda que ela atenda às especificidades de professores, que podem utilizar a criatividade para desenvolver experimentos novos e atividades que tornem o conteúdo mais palpável ao aluno, o processo que possibilita que esta criatividade se concretize no formato de uma peça impressa em termoplástico ou resina não é trivial, e demanda dedicação por parte do professor.

Por fim, é comum que educadores da área de Física utilizem a sua capacidade de adaptação e criatividade para desenvolver experimentos de baixo custo a partir de materiais reutilizáveis e, nesse sentido, a impressão 3D surge como aliada no processo de ensino-aprendizagem. Não deve-se enxergá-la, contudo, como simples substituta de tais experimentos, mas como uma chave que pode desbloquear novas potencialidades de aproveitamento e reciclagem de materiais. Embora este processo resulte em novos desafios ao professor, a adição de tal equipamento ao seu ferramental tem a potencialidade de modificar a forma como a experimentação em Física é feita nas salas de aula, e, consequentemente, como a Física é vista pelos alunos.

- O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior -Brasil (CAPES) -Código de Financiamento 001, e apoio do CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Brasil.

## Referências

BASNIAK, M. I.; LIZIERO, A. R. A impressora 3D e novas perspectivas para o ensino: possibilidades permeadas pelo uso de materiais concretos. Revista Observatório , [S. l.], v. 3, n. 4, p. 445-466, 2017.

ONISAKI, H. H. C.; VIEIRA, R. M. de B. Impressão 3D e o desenvolvimento de produtos educacionais. Educitec - Revista de Estudos e Pesquisas sobre Ensino Tecnológico , Manaus, Brasil, v. 5, n. 10, 2019.

PIRES, M. I.; VINHOLI JÚNIOR, A. Impressão 3D e pesquisas em ciências da natureza: um olhar sobre a produção científica na área. Revista Brasileira de Ensino de Ciências e Matemática , v. 5, n. 1, 22 abr. 2021.

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