O USO DA TECNOLOGIA E ANÁLISE DE DADOS COMO RECURSO EDUCACIONAL AUXILIAR NO ENSINO DE FÍSICA

## XXVI Simpósio Nacional de Ensino de Física

## O USO DA TECNOLOGIA E ANÁLISE DE DADOS COMO RECURSO EDUCACIONAL AUXILIAR NO ENSINO DE FÍSICA

Adila Mota Barreto 1 , Leonardo Marcandalli 2 , Miqueias Chagas dos Santos 3 , Victor Leandro Atolini Lima 4

1 Universidade Virtual do Estado de São Paulo/Ciência de Dados/UNIVESP, 2215561@aluno.univesp.br

2 Instituto Federal de São Paulo/Física/IFSP,

Leonardo.marcandalli@aluno.ifsp.edu.br

3 Instituto Federal de São Paulo/Física/IFSP,

miqueias.chagas@aluno.ifsp.edu.br

4 Instituto Federal de São

Paulo/Física/IFSP,

v.atolini@aluno.ifsp.edu.br

## RESUMO

Sabe-se que o ciclo da aprendizagem e comunicação são mutáveis; em vista disso; as ferramentas educacionais têm sido cada vez mais derivadas de fontes tecnológicas, transformando consideravelmente as interações sociais e a aquisição do conhecimento. Considerando a área educacional e o Ensino da Física na sociedade moderna, que se destacam iniciativas tecnológicas que auxiliam na educação dos jovens. Pensando nisso, o projeto 'DatiFísica' expõe a criação de um software/site que apresenta conceitos fundamentais da Física, juntamente com tutoriais aplicados ao assunto, com o foco de auxiliar os alunos e os professores na análise dos dados, interpretação e demais habilidades, oferecendo uma experiência interativa capaz de gerar e simular diferentes tomadas de decisões em diversos cenários no estudo da Física, em que os alunos deverão analisar criticamente para a escolha de alternativas mais viáveis. Essa abordagem educativa incentiva a realização da análise exploratória e descritiva, levando-os a refletir sobre as escolhas antes de receberem a resolução do sistema. Essa metodologia não só reforça o aprendizado dos conceitos de Física como também promove o desenvolvimento de habilidades analíticas e de tomada de decisão, essenciais tanto no contexto acadêmico quanto na vida social.

Palavras-chave : Ensino de Física, Análise dos Dados, Tecnologia.

20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

## 1. INTRODUÇÃO

Em virtude da sociedade moderna onde as interações sociais e a aquisição de conhecimento são cada vez mais influenciadas pelas tecnologias emergentes, o campo educacional passa por uma transformação significativa. Até certo período a metodologia de ensino consistia em aulas estáticas expositivas com pouca interação e dinamismo, em que o aluno tinha como papel principal de ouvinte e o professor de detentor do conhecimento, tais fórmulas são vistas como ultrapassadas e estão fora do contexto atual.

Em razão disso, as novas metodologias de ensino e o ciclo de aprendizagem e comunicação, dinâmicos por natureza, se mostram cada vez mais carentes de novas formas de ensino, necessitando assim, de adaptações a essas mudanças, com promoção de novas formas de ensino que envolvam diretamente o uso de ferramentas tecnológicas.

Quando a internet é utilizada de forma adequada a forma de ensinar e aprender torna-se uma ferramenta poderosa no processo de ensino/aprendizagem. Nesse processo se englobam todos inseridos no âmbito educacional, mais ainda quando se fala de mudança na educação, a iniciativa tomada deve vir primeiramente do professor como diz Silva (2015), os educadores precisam adaptar suas aulas, buscar métodos para tornar a aprendizagem desejável. (Silva, Silva, Macêdo, 2020)

Nesse contexto, foi pensado o projeto 'DatiFisica' como uma resposta inovadora, oferecendo um software educativo que combina a apresentação expositiva de conceitos fundamentais da física com tutoriais aplicados, ferramentas de análise de dados integrada e processos interativos entre usuário e sistema. Pensando nisso, o foco principal é capacitar os alunos a realizarem analises comparativas, exploratórias e críticas de diferentes cenários, promovendo o progresso de habilidades essenciais como a fixação do conteúdo, interpretação de texto, interpretação de dados gerais e a tomada de decisão, essa abordagem não reforça somente o entendimento dos princípios físicos, bem como, prepara os alunos para aplicarem essas competências em situações cotidianas, trazendo motivações para aprendizagem e inclusão de ensinos Físicos acadêmicos em amplos âmbitos sociais.

No entanto, se faz necessário o educador de física possuir habilidades e familiaridades com esses recursos tecnológicos para utilização plena e efetiva construção do conhecimento como meio de auxílio em reuniões síncronas e assíncronas. Ainda assim, o artificio tecnológico não é capaz de promover a substituição do professor, por isso é preciso que o educador atue como conciliador entre o processo educacional tradicional e o fenômeno representado pelo software.

Portanto, a continuidade dos desafios enfrentados pelo professor e sua sucedente atuação no ensino reflete como um dos elementos ativos na obtenção do conhecimento, enxergando atentamente as novidades como importantes aliadas no transcurso de ensino/aprendizagem para assim, difundir o ensino da física como uma tradução da linguagem natural e seus fenômenos mais próximos da realidade dos alunos.

## 1.1 O ENSINO DA FÍSICA ATUALMENTE

O cenário atual nas escolas públicas brasileiras, especialmente no ensino da Física, revela diversas problemáticas que afetam diretamente a qualidade do aprendizado. Um dos principais desafios é o receio dos alunos em relação à disciplina, frequentemente associado a uma abordagem semelhante à do ensino de Matemática. A Física, tradicionalmente ensinada com ênfase na memorização de fórmulas e na realização de cálculos extensos, tende a distanciar os estudantes da compreensão dos fenômenos físicos reais, contribuindo para a percepção de que é uma disciplina abstrata e desconectada da realidade cotidiana. Esse foco excessivo nos aspectos matemáticos, em detrimento da exploração dos fenômenos naturais que nos cercam, contribui para a percepção de que a Física é uma disciplina abstrata e desconectada da realidade cotidiana (Pozo & Crespo, 2009; Freire, 1996). Além disso, a situação é agravada pela falta de professores com formação específica em Física. Em muitas escolas, a disciplina é lecionada por docentes que, apesar de qualificados em outras áreas, não possuem a formação aprofundada necessária para transmitir os conceitos de Física de maneira eficaz. Essa lacuna na formação docente dificulta ainda mais o processo de ensinoaprendizagem, resultando em uma abordagem frequentemente superficial e desmotivadora para os alunos (Gatti, 2009; Tardif, 2002). Diante desse cenário, é crucial repensar as metodologias de ensino de Física. É necessário buscar formas de tornar a disciplina mais acessível e envolvente. A valorização da experimentação, a contextualização dos conteúdos e o uso de tecnologias educacionais são estratégias que podem ajudar a aproximar os alunos da Física e tornar o aprendizado mais significativo (Moreira, 2006; Saviani, 2008).

## 1.2 A TECNOCLOGIA COMO UM RECURSO DE APRENDIZAGEM

Assim como a humanidade evoluiu ao longo dos anos, a tecnologia também avançou, sendo incorporada ao ensino de diversas formas. A tecnologia tem transformado a educação, desde a utilização de pesquisas e simulações até a oferta de aulas online, que se tornaram um dos principais meios de ensino na era digital (Santos, 2020). No ensino de Física, essa transformação é particularmente evidente: hoje, diversas plataformas de simulação e softwares educativos permitem aos alunos visualizarem e interagirem com conceitos que antes eram apresentados apenas de forma teórica ou abstrata (Oliveira & Almeida, 2021).

Essas ferramentas tecnológicas oferecem uma maneira prática e envolvente de explorar conceitos físicos, como leis do movimento e campos magnéticos, permitindo aos alunos experimentarem fenômenos que são difíceis de observar em um ambiente de sala de aula tradicional (Souza, 2021). A possibilidade de realizar simulações e experimentos virtuais proporciona um aprendizado mais dinâmico e acessível, especialmente para aqueles que têm dificuldades em compreender a teoria pura.

No entanto, a integração da tecnologia no processo educativo deve ser feita com cuidado. É essencial que as ferramentas tecnológicas sejam utilizadas de forma a atender aos objetivos educacionais específicos e que estejam alinhadas com o currículo (Oliveira & Almeida, 2021). A tecnologia deve servir como um suporte e não como um substituto para o ensino tradicional, garantindo que complemente e aprofunde o entendimento dos conceitos físicos, em vez de apenas adicionar complexidade ao processo de ensino.

## 1.3 INTEGRAÇÃO DE TECNOLOGIAS NO ENSINO: A PROPOSTA DO DATIFISICA

Um aspecto crucial a ser destacado é a abordagem prática que o projeto DatiFisica visa implementar. Muitos professores enfrentam desafios significativos ao gerenciar turmas grandes, especialmente quando há uma alta demanda por atenção individualizada. Esse cenário é frequentemente agravado por defasagens no entendimento de disciplinas fundamentais, como a matemática, que têm implicações diretas na compreensão de conceitos em outras áreas do conhecimento (SOUZA; SILVA, 2023).

Essas dificuldades se intensificam durante aulas experimentais, nas quais os alunos precisam focar em realizar ações específicas e alcançar resultados dentro de parâmetros esperados. A defasagem no entendimento matemático pode resultar em interpretações incorretas e dificuldades na compreensão de conceitos essenciais, comprometendo o desempenho nos experimentos. Conforme apontado por Duru e Koklu (2011, p. 1720), essas lacunas nas aulas experimentais são preocupações significativas, pois afetam diretamente a capacidade dos alunos de aplicar conceitos em contextos práticos e teóricos.

O projeto surge como uma resposta a essas necessidades, oferecendo uma solução prática e adaptada às demandas dos estudantes. Seu principal objetivo é fornecer uma abordagem mais eficaz para a resolução de problemas, utilizando simulações e recursos interativos que facilitam a compreensão de conceitos complexos. Ao integrar ferramentas práticas e teóricas, o projeto busca não apenas melhorar o entendimento dos alunos, mas também apoiar os professores na gestão das limitações de tempo e recursos, promovendo uma educação mais equitativa e acessível.

Com a implementação do DatiFisica, pretende-se criar um ambiente de aprendizagem mais dinâmico e personalizado, onde os alunos possam explorar conceitos de forma mais intuitiva e envolvente. O projeto visa, portanto, não apenas preencher lacunas educacionais, mas também transformar a forma como o conhecimento é transmitido e assimilado, contribuindo para uma formação mais sólida e integrada das competências matemáticas e científicas dos estudantes.

## 2. REFERENCIAL TEORICO

Tecnologia na Educação

A incorporação de tecnologias digitais na educação tem modificado substancialmente as práticas pedagógicas, promovendo ambientes de aprendizagem mais dinâmicos e interativos. Segundo Moran (2012), o uso de ferramentas digitais possibilita a criação de contextos educacionais que incentivam o envolvimento ativo dos alunos e facilitam a personalização do aprendizado. Kenski (2007) reforça essa ideia, observando que a tecnologia pode ampliar as oportunidades de acesso ao conhecimento e adaptar os conteúdos às necessidades específicas de cada aluno, promovendo uma aprendizagem mais inclusiva e individualizada.

Ao observar essas transformações, percebe-se que a tecnologia também desempenha um papel significativo em disciplinas específicas, como a Física, trazendo novas perspectivas sobre o ensino dessa área do conhecimento.

Ensino de Física

O ensino de Física enfrenta desafios significativos, como a escassez de professores especializados e a predominância de uma abordagem tradicional, centrada em fórmulas e cálculos. Moreira (2006) propõe que a utilização da aprendizagem significativa, que busca relacionar novos conteúdos com conceitos pré-existentes, pode tornar o aprendizado de Física mais acessível e engajante para os alunos. Complementarmente, Saviani (2008) sugere a pedagogia histórico-crítica, enfatizando que o ensino de Física deve contextualizar os conceitos dentro de uma realidade social e histórica, tornando o aprendizado mais relevante para o estudante.

Essa reflexão sobre métodos pedagógicos para o ensino de Física abre espaço para considerar estratégias complementares que envolvem a análise de dados, contribuindo para decisões mais embasadas na prática educacional.

## Análise de Dados na Educação

A análise de dados emergiu como uma ferramenta poderosa para a melhoria contínua do processo educacional. Bakeman e Gottman (1997) abordam métodos de observação e análise que podem fornecer insights valiosos sobre as práticas pedagógicas, auxiliando na avaliação e otimização do ensino. Silva (2020) acrescenta que o uso de dados no planejamento e na avaliação de práticas pedagógicas é essencial para a adaptação do ensino às necessidades dos alunos, permitindo ajustes e intervenções mais precisas para a maximização do aprendizado.

Ao incorporar tecnologias que analisam dados educacionais, também se potencializa o desenvolvimento e uso de softwares que facilitam a interatividade no processo de ensino e aprendizagem, conforme discutido a seguir.

## Software Educacional e Interatividade

Desde os primeiros estudos de Papert (1980), que introduziu a teoria da construção do conhecimento e o papel ativo do aluno no aprendizado com o uso de computadores, o desenvolvimento de softwares educativos tem avançado substancialmente. Papert defendeu que, por meio de ferramentas interativas, os alunos podem se tornar agentes ativos na construção de seu próprio conhecimento. Valente (2005) complementa essa visão, discutindo como o desenvolvimento de softwares educativos promove a interação e o engajamento dos estudantes, incentivando uma aprendizagem mais participativa e colaborativa.

Por fim, percebe-se que a utilização de softwares interativos não apenas facilita o aprendizado, mas também reforça a importância de conectar a tecnologia ao cotidiano educacional, promovendo uma integração entre teoria e prática.

## 3. OBJETIVOS

O objetivo geral desse projeto será desenvolver um software/site de apoio educacional capaz de auxiliar nos conceitos básicos e fundamentais do ensino de Física através de materiais de leitura e vídeo, além de permitir a utilização de uma calculadora experimental, onde o usuário poderá imputar valores experimentais e poderá fazer análises comparativas desses valores experimentais com os valores teóricos que sairão da calculadora experimental, podendo através de seus conhecimentos analíticos saber qual o resultado mais próximo e preciso da realidade.

## 3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- · Possibilitar o cadastro dos usuários no sistema.
- · Inclusão de materiais para leitura, materiais para download e vídeos educacionais.
- · Possibilitar a emissão de relatórios de dados após um certo volume de dados imputados no sistema.
- · Possibilitar a utilização de uma calculadora experimental que possa oferecer valores teóricos a fim de comparação, análise e tomada de decisão em relação a valores experimentais realizados em aula.

## 4. DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE/SITE

Intencionando estruturação de práticas didático-científicas para alunos que comtemplam o ensino da Física e adicionando como objetivo primordial a inserção da tecnologia no ensino da Física, para estimular e ampliar as atividades que podem ser propostas para esses estudantes, com o suporte e auxílio do professor, compõe-se os seguintes requisitos e aplica-se as seguintes configurações de construção para essa versão Demo (Amostra de um produto digital/ Protótipo) que ainda está em processo de criação/desenvolvimento:

Imagem 1 - fluxograma com visão geral do projeto (fonte: elaborado pelos autores)

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## 4.1 SUMARIZAÇÃO DAS ESPECIFICAÇÕES DOS REQUISITOS/ ENGENHARIA DE SISTEMA (SRS)

Este documento descreve os requisitos principais para o desenvolvimento/Criação de uma Demo (Amostra de um produto digital/Protótipo), de um site educacional que oferece auxilio na aprendizagem e simulações de física, com algumas funcionalidades, como o cadastro e login de usuários, conteúdos e conceitos dos principais temas de física, calculadora interativa, além de geração de dados de usuários para melhor auxilio do professor,nessa versão utiliza-se 'localStorage' para armazenamento de dados no lado do cliente (Por se tratar de uma Demo, o 'LocalStorage' simulará o banco de dados, portanto, não oferecendo compartilhamento de dados).

## 4.1.1 Escopo

O sistema é uma aplicação web destinada a estudantes de ensino médio que pode variar numa faixa etária entre 14 a 18 anos, com foco em auxiliar no ensino de Física (conceitos e assuntos básicos e fundamentais abordados no 1º,2º e 3º ano do ensino médio regular) através de exemplos interativos e situacionais. A aplicação permite que os usuários se cadastrem, façam login e interajam com simulações de cenários baseados em dados inseridos por eles mesmos, bem como conceitos e exercicios.

Desse modo, os usuários (Alunos) poderão, após criar a conta no site, ter acesso ao conteúdo de diversos assuntos de física, também serão capazes de utilizar calculadora interativa experimental, que oferece uma resposta teórica, e compara com a resposta experimental, usando os dados fornecidos pelo usuário, oferecendo maior agilidade, além de um retorno estatístico após a comparação entre os dados teóricos e experimentais do usuário, por exemplo: Ao inserir valores na calculadora, haverá um valor teórico para tal fenômeno físico e um valor experimental, a comparação cabe ao professor ou usuário de verificar se o resultado está satisfatório, baseado na referência do valor teórico juntamente ao seu conhecimento técnico e prévio. Além disso, o sistema também será capaz de mostrar um aviso de qual medida pode estar influenciando o resultado. Ainda, esses valores experimentais e teóricos servirão como dados base para entender o motivo dessas ocorrências e o que pode ser feito para melhorar a precisão desses experimentos.

Ademais, o site também será capaz de oferecer um relatório de dados para tomada de decisão, aonde, após um certo volume de dados que permitam uma análise histórica ou sazonal e apresentar comparativos de diferentes perspectivas, o professor ou pessoas que possam se beneficiar desses dados poderão gerar esse relatório e decidir as melhores estratégias de métodos a serem adotados.

Todos os métodos utilizados para a coleta de dados serão baseadas na lei geral de proteção de dados (LGPD), nº 13.709/2018, que estabelece regras para a coleta, tratamento, armazenamento e compartilhamento de dados pessoais, bem como amparados na ciência de dados para fins de estudos.

## 4.1.2 Definições, Acrônimos e Abreviações

- · SRS (Especificação dos Requisitos de Sistema): Documento que tem o objetivo descrever de forma abrangente um produto de software a ser desenvolvido;

- · HTML (Hypertext Markup Language): Linguagem de Marcação de Hipertexto utilizada na construção de páginas Web;
- · CSS (Cascading Style Sheets): Folhas de Estilo em Cascata, mecanismo para adicionar estilos a uma página Web;
- · JavaScript (JS): Linguagem de Programação interpretada estruturada, de script em alto nível, usada para criar comportamento dinâmico em páginas web;
- · LocalStorage: API de armazenamento local do navegador;
- · GitHub Pages: Serviço de hospedagem de sites estáticos da plataforma GitHub.

## 4.2 DESCRIÇÃO GERAL

## 4.2.1 Funções do Sistema

- · Cadastro de Usuário: Permite que novos usuários criem uma conta inserindo um nome de usuário e senha.
- · Login de Usuário: Permite que usuários existentes façam login utilizando suas credenciais.
- · Simulação de Cenários: Após o login, o usuário pode inserir um valor de velocidade e receber cenários relacionados à física.
- · Permite a exposição e interação com a página.
- · Logout: Permite que o usuário encerre a sessão atual.

## 4.2.2 Restrições

- · O sistema deve ser implementado usando HTML, CSS e JavaScript.
- · O armazenamento de dados será realizado exclusivamente com localStorage.
- · A aplicação será hospedada no GitHub Pages e não terá um back-end ou banco de dados dedicado.

## 4.3 DEMAIS REQUISITOS

## 4.3.1 Usabilidade

- · A interface deve ser simples e intuitiva para facilitar o uso por estudantes do ensino médio.
- · Mensagens de feedback devem ser fornecidas em caso de erros ou sucesso nas operações.

## 4.3.2 Desempenho

- · O sistema deve carregar rapidamente em navegadores modernos.
- · A simulação de cenários deve ser gerada instantaneamente após a inserção do valor.

## 4.3.3 Segurança

- · Senhas devem ser armazenadas no' localStorage 'de forma direta, sem criptografia, devido à natureza da demo. (Nota: isso é aceitável apenas para fins de demonstração; em produção, métodos seguros devem ser usados).

## 4.3.4 Confiabilidade

- · Os dados armazenados no 'localStorage' devem persistir enquanto o cache do navegador não for limpo.

## 4.3.5 Compatibilidade

- · O sistema deve ser compatível com os principais navegadores: Chrome, Firefox, Safari, Edge.
- · A aplicação deve ser responsiva, adaptando-se a diferentes tamanhos de tela.

## 4.4 ARQUITETURA DO SISTEMA

- · O sistema será implementado como uma aplicação web estática com as seguintes camadas:
- · Interface do Usuário: HTML/CSS para estrutura e estilo.
- · Lógica de Negócio: JavaScript para funcionalidade do site, incluindo manipulação de 'localStorage'.
- · Armazenamento Local: 'localStorage' para salvar dados de usuários e sessões

## 4.5 RESULTADOS PRELIMINARES: SOLUÇÃO INICIAL

A solução inicial constitui-se de um site educacional amigável e responsivo aspirando oferecer funcionalidades capazes de auxiliar na aprendizagem de conhecimentos básicos e fundamentais de física como: noções de ordem de grandeza, notação científica, sistema internacional de unidades, observações e mensurações, por exemplo, para alunos do ensino médio. Pensando nisso, ao navegar no site, o usuário encontrará a 'home', aonde descreve a iniciativa do datiFísica, como mostra a figura 1.0.

Figura 1.0 - Tela inicial de acesso ao DatiFísica (Fonte: Elaborado pelos autores)

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

Ao continuar navegando na home segui-se para a seção de assuntos, onde é abordado um pouco da introdução da física, os recursos educacionais e o auxilio que o Datifísica oferece em conjunto com alunos e professores, como mostra a Figura 2.0 e Figura 3.0

Figura 2.0 - Seção de assuntos e abordagem dos benefícios do Datifísica (Fonte: Elaborado pelos autores).

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Figura 3.0 - Continuação da Seção de assuntos e abordagem dos benefícios do DatiFísica (Fonte: Elaborado pelos autores).

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No entanto, por se tratar de uma solução inicial, considera-se a passíbilidade de modificações e ajuste nesta solução.

## 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A educação tradicional, baseada em tecnologias antigas, enfrenta desafios de adaptação tanto para professores quanto para alunos. Os professores, muitas vezes, não estão preparados para lidar com as rápidas mudanças tecnológicas, enquanto os alunos, acostumados com a tecnologia no dia a dia, encontram dificuldades em se adaptar aos métodos tradicionais de ensino. Com isso em mente, o site é proposto como uma ponte que conecta o dinamismo da tecnologia com os métodos convencionais de ensino, especialmente no campo da estatística, assunto esse que será abordado no site, por exemplo.

Além disso, o site irá buscar oferecer uma interface interativa e intuitiva, equipada com diversos conceitos e métodos de cálculos estatístico, capazes de modelar os possíveis resultados, baseado nas informações inseridas pelos usuários.

Apresentando de maneira simples a função de cada método, destacando a importância da precisão na realização e análise de experimentos, ao qual, é um desafio comum em sala de aula, devido à escassez de instrumentos de medição precisos e à dificuldade dos professores em orientar os alunos a seguir um roteiro de execução. O site também será capaz de calcular os possíveis resultados, além disso não há a necessidade de instalar softwares específicos, requerendo apenas uma conexão à internet. Essa ferramenta está sendo desenvolvida para auxiliar nas aulas de física, agilizando o trabalho mecânico e apresentando resultados coerentes com os valores imputados, sem exigir conhecimento prévio por parte dos usuários.

Dessa forma, o site pretende alcançar uma solução que supere as barreiras entre o ensino tradicional e o uso da tecnologia, promovendo uma educação mais alinhada com a realidade dos alunos, aonde esses alunos serão capazes de utilizar a ferramenta, fazer as analises entre os valores teoricos e experimentais, contribuindo assim, para uma compreensão mais profunda e prática dos conceitos aplicados, um desafio intrigante, adequando a formação continuada conciliando as necessidades dos estudantes e de seus educandos de forma auxiliar.

## REFERÊNCIAS

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