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Versão On-line ISBN 978-85-8015-076-6Cadernos PDE
OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE
Artigos
O ESTUDO DA ELETRICIDADE NO ENSINO MÉDIO POR MEIO DE
MODELAGEM COMPUTACIONAL: INTERAÇÃO DO SOFTWARE MODELLUS
COM A SALA DE AULA
Nadir Laci Dieckel Mainardi1
Tania Toyomi Tominaga 2
Resumo
Este artigo é resultante do trabalho apresentado no Colégio estadual Santo Antão Ensino Fundamental e Médio como investigação a respeito da utilização de simulações computacionais no ensino de Física, mais especificamente em eletrostática. A proposta envolveu a interação de um ambiente virtual software Modellus contemplando o conteúdo de Eletrostática e tendo como suporte conceitos decorrentes da perspectiva de Vygotsky. Essa atividade contribuiu para fortalecer uma visão construtivista do processo de aprendizagem, em que apresentaram papel importante o envolvimento ativo do aprendiz na construção do conhecimento e as ideias prévias dos estudantes. Os resultados obtidos indicaram uma perspectiva mais inovadora, na medida em que o uso das tecnologias teve um sentido transformador nas práticas pedagógicas, ou seja, que o Software Modellus não foi usado para simplesmente reforçar as formas de trabalho que estamos acostumados.
Palavras chaves: Eletricidade; Ensino Médio; Modelagem Computacional; Aprendizagem; Software Modellus.
Introdução
A interpretação e problematização de exercícios da disciplina de Física é
uma das dificuldades apresentadas por estudantes do Ensino Médio. No
presente trabalho designou-se o uso do Software Modellus 3comtemplando o
conteúdo de Eletricidade com a interação da sala de aula. A aplicação ocorreu
com os alunos do 3º ano do Ensino Médio no Colégio Estadual Santo Antão no
Município de Bela Vista da Caroba-Pr.
1 Professora de Matemática e Física do Colégio Estadual Santo Antão ensino Fundamental e Médio.
E-mail: [email protected] 2 Pós-doutora pelo Instituto de Química, professora do curso de Física da Unicentro e orientadora do PDE. [email protected] 3 O Software Modellus destinado ao ensino-aprendizagem da Física e áreas afins, Ele também pode ser
usado pelo aluno como recurso para explorar um modelo matemático de um dado fenômeno físico,
modificando parâmetros, condições iniciais e outros aspectos. Disponível:
(http://www.if.ufrgs.br/computador_ensino_fisica/modellus/modellusI_introducao.htm)
Primeiramente desenvolveram-se os conteúdos de Eletricidade em sala
de aula, utilizando o livro didático adotado pela escola. Com os recursos do livro
texto, quadro branco e a aplicação de uma avaliação analítico-descritiva sobre o
assunto ministrado, verificou-se o baixo rendimento na aprendizagem dos
alunos. Como segundo momento do processo, a aplicação do recurso didático
proposto neste trabalho, foram as atividades experimentais com grau de
direcionamento na utilização de novas tecnologias, utilizando o software
Modellus aliada ao formalismo matemático.
Após a aplicação dos procedimentos acima citados, foram elaborados
dois gráficos com os resultados das avaliações nas duas etapas dos
procedimentos, analisando assim os resultados obtidos, e avaliando o grau de
crescimento e interação no processo de ensino-aprendizagem. E por final foi
aplicado um questionário de avaliação do uso do Modellus, como recurso
didático no ensino de Física, e fundamentado pela teoria de Vygotski que
proporcionou a análise dos resultados obtidos para conclusão desta trabalho
Viygotski (2010).
Justificativa do uso do Software Modellus
Em função da carência de entendimento na resolução das atividades e
falta de material didático pedagógico, buscou-se novas ferramentas de ensino
que foram vinculados a aprendizagem do conteúdo apresentado na sala de aula.
Assim, o objetivo do estudo apresentado foi verificar a contribuição do
software Modellus em a sala de aula no processo da aprendizagem do conteúdo
de Eletricidade, e se a sua utilização permitiu aproximar os conteúdos abstratos
de eletricidade e suas derivações para compreensão do conhecimento Físico.
Deste modo verificar como os recursos computacionais, criaram novas pontes
entre o conhecimento científico e as práticas virtuais, constituindo um novo
elemento de cooperação e transformação, oferecendo melhorias entre as
necessidades educacionais e cientifica.
As Modelagens Computacionais, mais precisamente o Software
Modellus, foi vista como ferramenta para representar um problema de uma
maneira análoga à situação real. Estas representações foram se conectar as
abstrações teóricas com as observações concretas e experimentais, que
permitiram desenvolver diferentes simulações sem um conhecimento prévio de
linguagens de programação, possibilitando resultados quantitativos bem como
proporcionar uma aprendizagem qualitativa à compreensão na interpretação de
gráficos e simulações de partícula dentro do conteúdo de Eletrostática.
. O processo de investigação experimental, essencial para a Física que
é uma ciência experimental, é através do qual se vai dos componentes até as
respostas das questões formuladas a respeito destes eventos. As simulações e
animações oferecem um potencial sem limites para permitir que os estudantes
entendam os princípios teóricos das ciências Naturais, a ponto de serem
chamados de laboratórios virtuais Almeida(2002). É uma ferramenta
pedagógica de grande valia para o aumento da percepção do aluno, pois pode
incorporar a um só momento diversas mídias: escrita, visual e sonora,
possibilitando potencialidades pedagógicas de interação professor e aluno.
Diante desta situação os alunos desenvolvem situações e conceitos da
realidade que já conhecem para chegar a saberes até então ignorados.
Nesta linha de pensamento o conteúdo básico de eletricidade foi integrado
na aprendizagem do aluno usando um software associado à sala de aula
(ambiente presencial), possibilitando a aproximação e a compreensão do tema
(eletrostática) por meio de instrumentos simbólicos (simulação virtual), que são
substituídos pela linguagem, servindo como mediação do intercâmbio entre o
conhecimento do aluno para o conceito mais elaborado.
Como referencial teórico buscou-se a teoria sociocultural de Vygotsky
(1989), que parte da concepção de que a constituição do ser humano se dá nas
relações interpessoais mediadas pela cultura, ou seja, salienta o
desenvolvimento dos conceitos culturais como a linguagem, valorizando as
trocas de ideias entre os parceiros em sala de aula. É nas interações que tanto
o conceito científico pode ser mais detalhado pelo professor, pois passa a ser
discutido em um processo descendente, quanto os conceitos cotidianos dos
alunos passam a ser enriquecidos e tomam um caminho ascendente, pois são
ampliados pelo conhecimento científico, elaborado historicamente, permitindo a
reconstrução interna das atividades externas, como resultado de processos
interativos que se dão ao longo do tempo (VYGOTSKY, 1989).
Aportes teóricos
O ensino de Física, no Ensino Médio, contribui para uma cultura científica,
com interpretação de fatos, fenômenos e processos naturais, situando e
dimensionando a interação do ser humano com a natureza e com a evolução do
mundo tecnológico. Para tanto se faz necessária a integração do conhecimento
teórico vinculado a informatização e modelos computacionais em transformação.
A Física na maioria das vezes nos permite construir tais modelos
experimentais concretos e palpáveis quanto os virtuais, para melhorar a
compreensão dos fenômenos, permitindo desenvolver novas formas de
aprendizado e criar novos materiais didáticos, incorporando, assim, a formação
científica com práticas virtuais, simulações e interações em modelos
computacionais. Contudo é importante que ela seja apresentada em um contexto
histórico, objeto contínuo na transformação e associação a outras formas de
expressão para as produções científicas.
Na maioria das escolas de Ensino Fundamental, a Física desapareceu
totalmente ficando somente para o Ensino Médio a atribuição de trazer o
conhecimento científico de Física. A carga horária semanal destinada a essa
disciplina é insuficiente, dificultando o processo de ensinar e aprender, em um
pequeno período de tempo, sabendo que ele ocorre paulatinamente, por
envolver a construção do conhecimento. Dentre outros problemas enfrentados
pelas escolas, têm-se recursos precários de materiais didáticos e a falta de
profissionais qualificados. Segundo Menezes (2005) o ensino é ainda
fragmentado, não relacionando o conhecimento acadêmico com a realidade
cultural de cada aluno.
O uso da tecnologia se tornou uma exigência do novo padrão e
qualificação do Ensino Médio, introduzindo recursos computacionais nas
escolas, com intuito de reformular o ensino para a melhor compreensão do aluno
acerca do mundo competitivo no qual ele está inserido.
Cabe ao professor promover a aprendizagem do aluno para que este
possa construir o conhecimento dentro de um ambiente que o desafie e o motive
para a exploração, a reflexão e a descoberta. Este ambiente precisa ser
resultado de um trabalho cooperativo dos que estão envolvidos na
aprendizagem. Assim, o professor cria situações para proporcionar diálogo e
reflexão entre os participantes em relação aos temas abordados, ocorrendo,
dessa forma, a interação entre professor, máquina e aluno. O professor é o
principal responsável pelo processo da aprendizagem, fornecendo informações
e delimitando determinada área em estudo, para os alunos, enquanto o
computador é uma ferramenta com recursos visuais que serve como suporte de
um assunto em estudo.
Dentro deste contexto pedagógico, a teoria sociocultural de Vygotsky
pode possibilitar explicações teóricas para a dinâmica da sala de aula. Vygotsky
(2000) entende o homem como uma unidade enquanto mente e corpo,
organismo biológico e social, integrado em um processo histórico, social e
cultural. Sua concepção de desenvolvimento é concebida em função das
interações sociais e respectivas relações com os processos mentais superiores,
que envolvem mecanismos de mediação. As relações homem-mundo não
ocorrem diretamente, são medidas por instrumentos ou signos fornecidos pela
cultura.
O conceito de mediação decorre da ideia de que o homem tem a
capacidade de operar mentalmente sobre o mundo, isto é, de representar os
objetos e fatos reais através de seu sistema de representação simbólica. Assim
para ele “a transmissão racional e intencional da experiência e do pensamento
a outros requer um sistema mediador, cujo protótipo é a fala humana, oriunda da
necessidade de intercâmbio durante o trabalho.” (VYGOTSKY, 1989, p.5).
Na perspectiva de Vygotsky (1989) o desenvolvimento se produz pela
internalização4, que possibilita apropriação dos instrumentos de mediação
fornecidos pela cultura, elemento fundamental nas inter-relações (aluno-aluno,
aluno-professor, aluno-computador) que se estabelecem em um ambiente
informatizado. Esse ambiente favorece o desenvolvimento de processos mentais
superiores quando empregado segundo o ciclo “descrição-execução-reflexão-
depuração5”. (ALMEIDA, 2000, p.70).
4 É a reconstrução interna de uma operação externa, onde o comportamento cultual envolve a reconstrução
da atividade psicológica tendo como base a operações com signos. (Vygotsky, 2010, p.57).
5 Primeiro, a interação com o computador e descrição de uma ideia. Segundo, o computador executa
fielmente a descrição fornecida, somente do que foi solicitado à máquina. Terceiro, o resultado obtido
permite ao aluno refletir sobre o que foi solicitado ao computador. Finalmente, se o resultado não
corresponde ao que era esperado, o aluno tem que depurar a ideia original através da aquisição de conteúdo
ou de estratégias. (VALENTE, 1993).
A atitude de o professor propor diálogo cria condições para que a
aprendizagem ocorra como um processo dinâmico, que envolve múltiplos
elementos em um ambiente. Assim o aluno interage, descobre, debate com os
colegas e o professor atua como mediador segundo o conceito de zona proximal
de desenvolvimento6 (ZPD) conforme ideário de Vygotsky. (1989)
O objetivo é levar os alunos a operar com aspectos da situação para
melhor compreendê-la, para interligar as informações com conhecimentos que
já possuem, para aprender os conceitos e as representações envolvidas no
processo. Vygotsky (1989) refere-se à internalização como a transformação do
fenômeno social e cultural em processo intrapessoal. Este processo ocorre na
sala de aula, com os debates em que o professor será mediador da
aprendizagem dos alunos, mediando o processo, fornecendo as informações
necessárias aos alunos para reelaborar os conceitos e incorporá-los
possibilitando a atividade dos alunos sobre os conteúdos de Física.
1. METODOLOGIA
A aplicação do recurso didático proposto no trabalho, como atividade
experimental com grau de direcionamento na utilização de novas tecnologias, foi
utilizando o software Modellus aliada ao formalismo matemático, seguindo um
roteiro em todas as atividades desenvolvidas pautado com o procedimento:
a. Objetivo específico do conteúdo a ser estudado;
b. Conceitos e raciocínio a serem trabalhados: contextualizado e debatido
o conteúdo de eletricidade com os alunos;
c. Fundamentação Teórica: conhecimento científico no livro do aluno;
d. Exercícios – Problematização seguindo roteiro de exercícios pré-
elaborados para aplicação no software;
e. Desenvolvimento por meio de lápis e papel, Ou seja resolução no
caderno da forma usual;
6 É um conceito elaborado por Vygotsky que define a distância entre o nível real de desenvolvimento que
é determinado pela capacidade de se resolver problemas sem ajuda em interação com o nível potencial, em
que a resolução de problema ocorre por meio da orientação de um adulto ou de outro companheiro.
f. Desenvolvimento por meio do software Modellus apresentando os
comandos e parâmetros de deveriam seguir na resolução dos exercícios
conforme a figura 01.
Figura 01: representação na janela computacional do modelo matemático.
g. Representação por meio de animação figura 02. Na janela
computacional o vetor representava os valores encontrados na tabela que são
proporcionais entre o número de elétrons e a quantidade de carga encontrada.
Figura02: representação do vetor em quantidade de carga.
Na janela de animações figura 03 representado o máximo e mínimo de
carga com a variação dos elétrons.
Figura 03: representação da movimentação dos elétrons.
h. Representação por meio de gráficos. Na figura.04 está o gráfico
apresenta a variação da carga em relação ao número de elétrons.
Figura 04: gráfico da carga e número de elétrons.
Seguindo estes critérios foi desenvolvido todas as atividades e em
seguidai aplicado duas avaliações analítico-descritiva sobre o conteúdo
ministrado em laboratório de informática e da sala de aula.
A discussão dos resultados foi pautada pelos seguintes procedimentos:
1.1 Etapa 1
Para desenvolvimento deste trabalho foi necessário aplicar todas as
atividades tradicionais na sala de aula, isto é resolver os exercício e problemas
apresentados no livro do aluno (Física 3 de Beatriz Alvarenga) fazer um
diagnóstico, ou seja, uma avaliação, uma verificação das competências dos
alunos relativos ao conhecimento do conteúdo de eletrostática. Para tanto, a
avaliação dos alunos foi realizada através, cinco questões pessoais e a aplicação
de atividades contendo dez exercícios, sendo quatro questões objetivas e seis
questões descritivas.
Esta primeira atividade foi utilizado como subsídio para a verificação do
nível de conhecimento dos alunos do terceiro ano do Ensino Médio.
Figura 05: Gráfico do Resultado da primeira avaliação. Número de alunos em função do número de questões
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QUESTÕES
AVALIAÇÃOI
Números de alunos que acertaram a questão
O resultado do figura 05 apresenta o nível de conhecimento dos alunos
sobre o conteúdo de eletricidade. A maior parte deles não conseguiu responder
as questões, principalmente aquelas de um nível mais elevado. As questões
descritivas que exigiram maior concentração e interpretação na sua resolução,
percebeu-se na avaliação a falta de clareza no conteúdo para direcionar o aluno
na construção de um pensamento científico e eficaz, enquanto um número
reduzido de alunos acertou algumas respostas principalmente as objetivas sem
apresentar muito interesse, estavam respondendo de forma aleatória, deduzindo
a resposta que mais lhes era conveniente.
Etapa II
Para a segunda etapa do trabalho foi utilizado o programa Modellus, um
ambiente de recursos reflexivos e pedagógicos apresentado com ferramentas e
estratégias diferentes que se está acostumado na sala de aula, foi necessário
justificar esta compreensão aplicando posteriormente novas atividades
baseados nos conteúdos apresentados. Foram elaboradas novas questões
objetivas e descritivas, em forma de uma segunda avaliação baseadas no
conteúdo de Eletrostática, usadas como subsídios para levantar hipóteses,
refletir e testar o aproveitamento dos alunos ao acessarem e manipularem o
software.
Com boa participação e acesso constante do software, tendo como base
de apoio uma metodologia instigante e desafiadora, causando um determinado
desconforto aos alunos em seus conceitos pré-formados do conteúdo de
eletricidade, foram enfocados os conceitos de Força Elétrica e Campo Elétrico.
Estes conceitos geraram conflitos e interação entre aluno – computador e aluno
– aluno, e aluno – professor quando necessário a intervenção do professor.
Figura 06: Gráfico do Resultado da segunda avaliação. Número de alunos em função do número de questões
Como descrito no item 1.1, a Figura 01 apresenta o resultado da primeira
avaliação. Através deste gráfico pode-se observar o número de alunos em
função do número de acertos por questão. Este gráfico apresenta o nível de
conhecimento dos alunos sobre o conteúdo de eletricidade. Verifica-se que o
número de acertos é muito baixo, principalmente para as questões 01, 06 e 08
que dizem respeito à questões que exigiam mais concentração e interpretação
do conhecimento adquirido.
O figura 06 nos mostra que houve um maior número de acertos das
questões. Segundo Mortimer (1995), o resultado dessa atividade contribuiu para
fortalecer uma visão construtivista do processo de aprendizagem, em que
apresentaram papel importante o envolvimento ativo do aprendiz na construção
do conhecimento e as ideias prévias dos estudantes.
O objetivo central dessa atividade foi promover a mudança das
concepções dos alunos, de um conjunto de conceitos já existentes para outro
mais elaborado. Foi fundamental promover os alunos a uma situação em que a
compreensão evidenciada por eles gerasse conflito de ideias, no caso o
software, permitindo a construção de novas ideias e o abandono das antigas.
Percebeu-se a necessidade e atenção das aulas de Física (sala de aula), para a
interação do conhecimento elaborado pelo aluno com o conteúdo científico
apresentado e discutido em sala de aula entre colegas e o professor.
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QUESTÕES
AVALIAÇÃO I
Número de alunos que acertaram a questão
Considerações
Foram necessárias 32 aulas para o desenvolvimento do conteúdo de
Eletrostática em sala de aula, mais a aprendizagem e utilização do software
Modellus. Com intuito de causar discussão, reflexão e depuração dos conceitos
formalizados mentalmente auxiliados com o software, provocando uma ruptura
dos níveis apresentados pelos alunos e desfiando-os a atingir um novo nível de
conhecimento.
A condução da aula com o software Modellus o professor deixou tempo
livre para reflexão e discussão. A maioria dos alunos já compartilhava da mesma
ideia, porque estavam inteirados do conteúdo já ministrado em sala de aula.
Houve o comentário dos alunos que já se depararam com curiosidade, de querer
saber como funciona, o software, e quais as potencialidades que estariam
disponíveis aos alunos naquele programa
Foi oportunizada a análise e discussão dos fatos para que, na troca e no
diálogo com os outros, os alunos pudessem descartar conceitos equivocados e
perceber a necessidade de buscar informações e conhecimento para interpretar
e formar novos conceitos.
Um aspecto essencial do aprendizado, segundo Vygotsky (2010), “é o
fato de ele criar uma zona de desenvolvimento proximal (ZDP)”; ou seja, o
aprendizado desperta vários processos internos de desenvolvimento, que são
capazes de operar somente quando o aluno interage com os colegas em seu
ambiente e em cooperação com o professor. Uma vez internalizados, esses
processos tornam-se parte das aquisições do desenvolvimento do conteúdo
aprendido.
Hoje, em um mundo globalizado, onde novas tecnologias surgem a todo
o momento, é necessário adaptar-se aos diferentes tipos de aprendizagem tanto
como professor quanto como aluno.
A ação pedagógica desenvolvida na construção deste artigo, possibilitou
ampliar e enriquecer a prática educativa, procurando assim elevar o nível de
conhecimento dos alunos e atingindo os objetivos propostos na realização deste
trabalho.
O presente estudo apresentou estratégias de ensino usando a
tecnologia um Software Modellus e interação com a sala de aula como aliada
para desenvolver no aluno percepções e habilidades por meios de intercâmbios
de ideias e discussões, considerando as dificuldades que a escola pública
apresenta em seus aspectos social, econômico e político. Percebeu-se que os
alunos, participando dos dois momentos das aulas, ambiente virtual e presencial,
de forma inter-relacionada, desenvolveram o espírito de cooperação entre
colegas estabelecendo uma conexão entre sua realidade com o mundo
contemporâneo e os conceitos físicos apresentados na sala de aula.
Com as atividades desenvolvidas, possibilitou-se uma nova visão da
disciplina (aluno e professor), criando condições para que os alunos
aprendessem o conteúdo de Física sem textos prontos e acabados, apenas
exercícios e problemas de forma diferenciada. As aulas foram desenvolvidas de
forma participativa, aprimorando conceitos para um nível mais elaborado, que
gradualmente foram surgindo através da cooperação e discussões no momento
de inserir novos parâmetros numéricos e fórmulas matemáticas na forma virtual,
sustentados pelo recursos visuais, interativos e instigantes que o Software
propusera.
Os resultados obtidos indicaram uma perspectiva mais inovadora, na
medida em que o uso das tecnologias teve um sentido transformador nas
práticas pedagógicas, ou seja, que o Software Modellus não foi usado para
simplesmente reforçar as formas de trabalho que estamos acostumados. É
necessário aproveitar pedagogicamente tal oportunidade, fazendo-o reverter
positivamente a favor das aprendizagens dos alunos. Isto não significa apenas
integrar os computadores em atividades curriculares específicas, mas inclui
também procurar criar ambientes de aprendizagem estimulantes, abertos, que
apelem à autonomia e responsabilidade dos alunos e ao assumir um papel ativo,
por parte dos mesmos nas suas aprendizagens e nas aprendizagens dos
colegas.
Com acesso à página virtual, os alunos sentiram-se diante de
situações em que precisavam manipular saberes até então ignorados, houve a
necessidade de buscar conceitos já conhecidos em sua cultura para a
reelaboração de ideias que os desafiavam na resolução de certas atividades e
simulações. Reunidos na sala de aula com diferentes realidades e, no conjunto
de tantas ideias, os alunos acabaram por construir significados com a
interpretação de características e simbologias de circuitos elétricas para resolver
determinadas atividades.
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