REALIDADE AUMENTADA: ENSINO DE FÍSICA COM FOCO NAS LEIS DE KEPLER

## REALIDADE AUMENTADA: ENSINO DE FÍSICA COM FOCO NAS LEIS DE KEPLER

## Hendrel Jonnys Feitosa da Silva 1 , Argemiro Midonês Bastos 2

1 Instituto Federal do Amapá (IFAP), campus Macapá, Curso de Física, hendreljonnys@hotmail.com

2 Instituto Federal do Amapá (IFAP), campus Macapá, Colegiado de Física, argemiro.bastos@ifap.edu.br

## Resumo

A Realidade Aumentada (RA) tem se mostrado uma ferramenta eficaz no ensino de Física, transformando conceitos abstratos em experiências interativas. Este trabalho tem como objetivo desenvolver e aplicar o aplicativo "Projeto Kepler", que utiliza RA para facilitar o ensino das Leis de Kepler por meio de visualizações 3D do sistema solar. O aplicativo foi desenvolvido com as plataformas Unity e SDK Vuforia, permitindo que os alunos explorem, de forma imersiva, os movimentos orbitais e as propriedades físicas dos planetas. Testes com alunos do ensino médio demonstraram um aumento significativo no interesse e na compreensão dos conteúdos, embora 29% dos participantes ainda tenham apresentado dificuldades em detalhes específicos das leis. Conclui-se que a RA é uma ferramenta promissora para dinamizar o ensino, devendo ser complementada por abordagens teóricas tradicionais para maximizar o aprendizado.

Palavras-chave : Tecnologia Educacional, Interatividade, Visualização 3D

## INTRODUÇÃO

A Realidade Aumentada (RA), juntamente com aplicativos e jogos eletrônicos, não foi inicialmente projetada para fins educacionais, mas tornou-se cada vez mais acessível ao público jovem por meio de smartphones , que são baratos e amplamente disponíveis 1 . Atualmente, desenvolvedores de aplicativos e jogos estão integrando RA de forma criativa em seus projetos.

No contexto educacional, métodos pedagógicos inovadores, como os sugeridos por Ayslânya (2011), incluem a utilização de tecnologia para auxiliar nos processos de ensino. O uso de recursos tecnológicos no ambiente escolar é visto como comum atualmente, embora a integração plena ainda seja limitada em muitas escolas. Se explorados corretamente, esses recursos podem impulsionar diferentes tipos de ensino, desde que atendam às necessidades dos alunos e da comunidade escolar.

- A RA não cria mundos virtuais, mas aprimora a realidade, adicionando elementos virtuais ao ambiente físico. Segundo Kirner e Siscoutto (2007), "a RA é definida pela inserção de objetos virtuais no ambiente físico, mostrada ao usuário, em tempo real, com o apoio de algum dispositivo tecnológico."
- O trabalho de Kirner e Kirner (2021) destaca que compreender o uso integrado de realidade virtual e simulação deve criar melhores condições para o

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

desenvolvimento de ambientes de simulação inovadores, bem como para a melhoria de ambientes de realidade virtual e aumentada.

## MATERIAL E MÉTODOS

A metodologia foi planejada para atender ao objetivo de avaliar a eficácia da Realidade Aumentada (RA) no ensino das Leis de Kepler, utilizando o aplicativo "Projeto Kepler" como ferramenta pedagógica. A pesquisa foi conduzida no Instituto Federal do Amapá, campus Macapá, envolvendo 6 turmas da primeira série do Ensino Técnico Integrado dos cursos de: Alimentos, Edificações, Estradas, Mineração, Química e Redes de Computadores; no primeiro semestre de 2023. O público-alvo consistiu de 300 alunos, majoritariamente com idade de até 16 anos, predominantemente do sexo feminino, todos com acesso a smartphones e sem necessidades especiais. Essa caracterização dos sujeitos permitiu uma aplicação adequada do aplicativo em dispositivos móveis, favorecendo a interação com a tecnologia de RA e a obtenção de dados representativos quanto à eficácia da ferramenta no processo de ensino-aprendizagem.

Como resultados, é importante destacar o processo em si da construção/desenvolvimento do aplicativo digital que foi utilizado na execução desse projeto. Utilizando o editor, de confecção de objetos e mundos virtuais em 3D, da empresa Unity Technologies com o SDK Vuforia (2021) da companhia PTC INC (2021), deu-se a criação/desenvolvimento do 'Projeto Kepler' o aplicativo digital. Diante disso, primeiramente, como resultados, pôde-se perceber que no início do desenvolvimento do aplicativo de realidade aumentada, partes do trabalho se obteve êxito em relação ao editor, pelo fato de que a ferramenta obtinha a opção de teste, e com essa opção, após a confecção dos primeiros modelos de objetos 3D, como por exemplo o sol, a opção de teste tinha um potencial de reparar problemas relacionados ao posicionamento no alvo designado usando a câmera como visualização.

Diante disso, levou-se um tempo para finalizar o aplicativo por problemas de compatibilidade com outros dispositivos, sendo assim, o projeto seguiu e teve a grande parte dos empecilhos solucionados. Outro ponto de resultado versa sobre os recursos que os dispositivos móveis como os sistemas operacionais Android e IOS utiliza a API ARCORE onde essa API ( Application Programming Interface ) (Google, 2023) é uma plataforma de desenvolvimento de realidade aumentada que permite aos desenvolvedores criarem aplicativos e experiências de RA envolventes e interativas. A API usa informações de sensores do dispositivo, como câmera e giroscópio, para criar objetos 3D virtuais que são integrados ao mundo real. Sendo assim a função Ground Plane que é um recurso do Vuforia, que permite a criação de experiências de realidade aumentada em um plano horizontal, como uma mesa, chão ou qualquer superfície plana. Com isso, teve seus problemas com a metade do dispositivo, fazendo com que para solucionar o problema, teve como solução a opção de utilizar o alvo para poder aproveitar a realidade aumentada como proposto no projeto.

Após fazer a exportação para formato de arquivo tipo - Android Package.apk, obtivemos boa parte do aplicativo finalizado, fazendo com que a interações do aplicativo responde-se conforme planejado no projeto. O aplicativo tem três opções de uso, sendo que uma dessas opções utiliza o plano de chão e as duas últimas usam o alvo a partir das imagens (marcadores), como podemos ver na figura 1.

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Figura 1: Tela inicial do aplicativo Projeto Kepler.

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Para utilizar as duas últimas opções o usuário precisará usar o alvo, que nesse caso são as imagens confeccionadas do Sistema Solar (marcadores), para poder gerar o objeto 3d no dispositivo móvel, sendo assim, foram criadas as imagens para funcionar na câmera do celular desses aparelhos, como pode-se visto na figura 2:

Figura 2: Imagens dos alvos utilizadas no aplicativo.

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A primeira opção, Sistema Solar (usando o plano do chão), está funcionando de acordo com o os dispositivos de aparelhos listados no site do GOOGLE.ARCore (https://developers.google.com/ar/devices?hl=pt-br) e, portanto, o dispositivo onde ocorreu o teste foi no MOTO G6 Plus da fabricante MOTOROLA MOBILITY LLC (2018), como podemos ver na figura 3.

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Figura 3: Sistema solar (usando plano do chão)

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Os testes foram feitos também nas duas últimas opções que são Sistema solar (utilizando o alvo) e Propriedades dos planetas (usando o alvo) e pode-se ver o funcionamento da RA usando os alvos que foram impressos na folha A4 e com o aplicativo aberto, selecionando uma das duas opções podemos ver em 3d o sistema solar e suas propriedades físicas como vemos na figura 4.

Figura 4: Imagens dos Alvos dispostos sobre uma superfície plana.

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## RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados indicam que o uso da Realidade Aumentada através do aplicativo "Projeto Kepler" facilitou a compreensão dos alunos sobre as Leis de Kepler, especialmente a Lei das Órbitas. A visualização em 3D das órbitas elípticas dos planetas permitiu aos estudantes perceberem de maneira clara a diferença entre as excentricidades das órbitas, um conceito muitas vezes difícil de ser compreendido apenas pela exposição teórica.

Por exemplo, ao observar que as órbitas de planetas como Mercúrio são significativamente mais excêntricas do que as de planetas como Vênus e Terra, os alunos puderam visualizar de forma imersiva como a excentricidade afeta o movimento orbital. Isso proporcionou uma compreensão mais detalhada da 1ª Lei de Kepler, que afirma que os planetas se movem em órbitas elípticas com o Sol em um dos focos, e facilitou a distinção entre órbitas quase circulares e altamente elípticas.

Os resultados do questionário revelaram que 71% dos alunos demonstraram uma compreensão empírica melhorada das Leis de Kepler, particularmente em relação à Lei das Órbitas, após o uso do aplicativo. No entanto, 29% ainda apresentaram dificuldades em articular detalhes conceituais mais complexos, o que indica que a RA, embora eficaz, deve ser complementada com abordagens teóricas mais detalhadas. Esses resultados mostram que o uso da RA é uma ferramenta poderosa para tornar conceitos abstratos mais acessíveis, mas não substitui completamente o ensino tradicional.

Dessa forma, concluímos que a Realidade Aumentada, ao tornar visível e interativo o que antes era apenas teórico, contribui para uma aprendizagem mais dinâmica e envolvente, especialmente em áreas da Física que requerem um alto nível de abstração, como é o caso das Leis de Kepler.

## CONCLUSÕES

Este estudo evidenciou como práticas pedagógicas inovadoras, em particular a aplicação das Leis de Kepler na Realidade Aumentada (RA), podem transformar o processo educacional, especialmente no ensino de Física. Embora existam diversos desafios, o projeto demonstrou que é possível superar barreiras ao oferecer aos alunos uma abordagem mais visual e interativa para conceitos complexos.

A partir do uso de RA, os alunos puderam explorar modelos virtuais do sistema solar e observar os movimentos planetários conforme descrito pelas Leis de Kepler. Essa experiência proporcionou uma nova forma de aprendizado, tornando conceitos abstratos mais tangíveis e acessíveis. Como resultado, o ensino de Física tornou-se mais envolvente e interessante para os alunos.

O sucesso do projeto sugere que é possível criar uma educação mais ativa e inovadora, focada em abordagens práticas e lúdicas. Isso reafirma a importância de buscar caminhos alternativos para a construção de um ensino de qualidade, onde a contextualização e a criatividade desempenham um papel central. Portanto, superar os desafios iniciais e adotar tecnologias como a RA pode ser uma solução eficaz para tornar a educação mais dinâmica e participativa.

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## AGRADECIMENTOS

A Deus, que me deu saúde, ânimo, inteligência e perseverança para superar todos os obstáculos durante o desenvolvimento desta pesquisa, pois sem ele nada disso seria possível.

Ao professor doutor xxx por ter me dado a chance de demonstrar minha capacidade para desenvolver esta pesquisa onde me ajudou ao término do projeto e organizar minha pesquisa e demonstrar onde tive que ajustar minhas referências e me incentivou a usar Realidade Aumentada nas palestras e ministrar aulas na primeira turma de física do IFAP.

Aos meus pais que sempre me ajudaram a trilhar esse caminho acadêmico onde minha mãe professora xxx fez história na UNIFAP como acadêmica em Ciências Biológicas e meu pai xxx demonstrou também meus conhecimentos de física e informática e quando precisava de ajuda para me locomover era a pessoa que estava lá para me ajudar.

À xxx acadêmica do curso de licenciatura em letras português/inglês do IFAP, onde ela me ajudou muito na parte escrita da pesquisa e me apoiou no término da minha pesquisa como auxílio nas referências e organização.

## REFERÊNCIAS

AYSLÂNYA, E. A. F., et al. Realidade Aumentada: uma estratégia para o ensino de Matemática no Ensino Fundamental. Research, Society and Development , 9(8), 2020. e739986056. https://doi.org/10.33448/rsd-v9i8.6056

GOOGLE. ARCore: Augmented Reality at Android Scale . Versão 1.27.0. Disponível em: https://developers.google.com/ar. Acesso em: 19 mar. 2023.

KIRNER, C.; KIRNER, T. G. Virtual Reality and Augmented Reality Applied. El Sheikh, A.A.R.; Al Ajeeli, A.; Abu-Taieh, E.M.O. (Org.). Simulation and Modeling: Current Technologies and Applications ., Hershey-NY, 2008. p 391-419. Disponível em: &lt;http://www.igi-global.com/Bookstore/Chapter.aspx?TitleId=28994&gt;. Acesso em: 05 mar. 2021.

KIRNER, C.; SISCOUTTO, R. Realidade Virtual e Aumentada: Conceitos, Projeto e Aplicações. Petrópolis - RJ: [s.n.], v. IX Symposium on Virtual and Augmented Reality , 2007.

MOTOROLA MOBILITY LLC. Moto G6 Plus. Smartphone . Fabricante: Lenovo Group Limited. 2018.

PTC INC. Vuforia . 2021. Versão 10.5.7. Disponível em: https://www.ptc.com/en/products/augmented-reality/vuforia. Acesso em: 19 mar. 2023.

UNITY TECHNOLOGIES. Unity . 2021. Versão 2021.2.6f1. Disponível em: https://unity.com/. Acesso em: 19 mar. 2023.

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