OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE

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Versão Online ISBN 978-85-8015-080-3Cadernos PDE

I

O USO DE SIMULADORES COMO RECURSO DIDÁTICO PARA APRENDIZAGEM DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

José Vicente Zenf1 Marcelo Alves de Carvalho2

Resumo: O presente artigo é um recorte dos resultados do projeto de intervenção pedagógica desenvolvido como parte do Programa de Desenvolvimento da Educação – PDE – 2014, do Estado do Paraná. Ao analisar a carência da compreensão da Física para a apropriação desta habilidade em diferentes ambientes, elaborou-se como problema a seguinte questão: O uso de simuladores educacionais pode contribuir para a aprendizagem significativa de Física no Ensino Médio? Suscitou-se como hipótese que os alunos de um modo geral não utilizam os simuladores disponíveis na internet no processo de aprendizagem. A pesquisa teve como objetivo geral propor a utilização de como o uso dessa ferramenta melhora a compreensão da Física e consequentemente pode aumentar o interesse do aluno pelo conteúdo. Como objetivos específicos implantar e implementar o uso de um software como alternativa para melhorar a compreensão dos conceitos físicos, entre outros. Participaram da intervenção alunos do terceiro ano do Ensino Médio do Centro Estadual de Educação Profissional – Professora Maria do Rosário Castaldi, na cidade de Londrina-Pr. Inicialmente, foi considerado a avaliação como um instrumento a partir do qual o professor identificou e analisou a evolução, o rendimento e as modificações do educando, no qual confirmou a construção do conhecimento. A partir desta perspectiva, os alunos foram avaliados por meio da participação em sala de aula e, também, pela entrega de um relatório escrito, contendo as tabelas preenchidas durante a aula, além das conclusões obtidas em cada atividade realizada. Assim, pôde-se perceber que a intervenção atingiu seus objetivos de forma satisfatória e producente. Palavras-chave: Circuitos Elétricos; Simuladores; Eletrodinâmica; Ensino de Física; Lei de Ohm.

INTRODUÇÃO

O presente artigo é parte integrante do Plano de Trabalho do PDE –

Programa de Desenvolvimento Educacional – promovido pela Secretaria de Estado

da Educação do Paraná, no ano de 2014. A linha de pesquisa é o “Ensino de Física

e Desenvolvimento de sequências didáticas aplicáveis à sala de aula". O projeto

justificou-se pela necessidade de despertar uma aprendizagem significativa no

processo de ensino e aprendizagem da Física e que pode ser facilitado através do

uso de simuladores computacionais uma vez que as simulações permitem ao aluno

modelar problemas reais e resolvê-los em contraste com a excessiva matematização

da Física, usando apenas o necessário. Assim as simulações são ferramentas

interativas que possibilitam ao aluno estabelecer conexões entre fenômenos reais,

por meio da formulação de seus questionamentos.

1 Professor PDE – 2014, Leciona no Centro de Educação Profissional Professora Maria do Rosário Castaldi,

Londrina, Núcleo Regional de Londrina. E-mail: zenf@seed.pr.gov.br. 2 Professor da Universidade Estadual de Londrina – UEL – Londrina - PR. E-mail: marcelo@uel.br.

Partindo desse pressuposto, o objetivo precípuo desta intervenção

pedagógica foi fazer com que os educandos do 3º ano do Ensino Médio, por meio

dos simuladores, percebessem como a utilização dessa ferramenta melhora a

compreensão da Física e consequentemente pode aumentar o interesse pelo

conteúdo, bem como, implantar e implementar o uso de um software como

alternativa para melhorar a compreensão dos conceitos físicos.

Em um mundo cada vez mais globalizado, integrar novas tecnologias

ao projeto pedagógico é uma maneira de se aproximar da geração que está nos

bancos escolares. No entanto, ainda, é pouco frequente e um grande desafio. A

escola como um dos espaços mais privilegiados de discussão, produção e

construção do conhecimento deve oportunizar aos estudantes o uso das

ferramentas tecnológicas disponíveis no ambiente escolar, visando dinamizar e

intensificar o processo de ensino e aprendizagem.

Deste modo o uso de softwares educacionais como alternativa para a prática

pedagógica, pode ser uma ferramenta útil no processo de ensino e aprendizagem,

na perspectiva de proporcionar uma aprendizagem significativa dos conceitos. O

processo de aprendizagem no ensino de Física pode ser facilitado por meio do uso

de softwares educacionais, uma vez que estes ajudam a mostrar, por meio de

simulações, a realidade vivida pelos alunos fora da sala de aula. Dessa maneira,

esses conceitos que, muitas vezes, são abstratos, podem de fato ser apropriados

pelos alunos, ou seja, uma aprendizagem significativa de fato.

Assim, utilizar diferentes recursos didáticos no contexto escolar, é importante

“para que o aluno assimile o conteúdo trabalhado, desenvolvendo sua criatividade,

coordenação motora e habilidade de manusear objetos diversos que poderão ser

utilizados pelo professor na aplicação de suas aulas” (SOUZA, 2007, pp.112-113).

Nesse sentido, o uso de simuladores, como recurso didático, possibilita o

estudo de situações reais, muitas vezes difíceis de serem realizadas ou observadas,

contribuindo para a clareza do conteúdo, que é apresentado de forma dinâmica e

interativa, e resultando assim num provável aprendizado dos conceitos.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Para proporcionar maior entendimento acerca do conteúdo teórico de

assuntos relacionados ao tema, o presente estudo teve como base teórica os

seguintes autores: D. P. Ausubel, J. D. Novak & H. Hanesian (1980); R. Castoldi, C.

A.Polinarski, (2009.); O. T. Damis (2006); M. A. Moreira (1999.); S. E. Souza (2007);

M. Thiollent, (2012); R.A. Zara ( 2011), que apontam que o ensino deve ter uma

aprendizagem significativa aos educandos.

Cabe destacar que aprendizagem significativa é aquela em que ideias

expressas simbolicamente interagem de maneira substantiva e não-arbitrária com

aquilo que o aprendiz já sabe. Substantiva quer dizer não-literal, não ao pé-da-letra,

e não-arbitrária significa que a interação não é com qualquer ideia prévia, mas sim,

com algum conhecimento especificamente relevante já existente na estrutura

cognitiva do sujeito que aprende (AUSUBEL, 1980).

Nessa direção, a aprendizagem significativa é definida como o processo que

ocorre quando uma informação nova recebida por um indivíduo interage com

conhecimentos relevantes existentes em sua estrutura cognitiva (AUSUBEL;

NOVAK; HANESIAN, 1980). Essa estrutura de conhecimentos preexistentes é

constituída de conceitos relevantes, denominados conceitos subsunçores3. Esta

palavra remete à noção de que esses conceitos servem como âncoras para a

incorporação, integração ou inserção de novas aprendizagens. Dessa forma, os

subsunçores ancoram os novos conhecimentos que com eles mantêm relação

relevante (MOREIRA, 1999). A utilização de diferentes recursos didáticos na sala de

aula é uma importante ferramenta para facilitar o processo de ensino e a

aprendizagem, bem como, superar lacunas deixadas pelo ensino tradicional. Para

Castoldi e Polinarski (2009):

Com a utilização de recursos didático-pedagógicos pensa-se em preencher as lacunas que o ensino tradicional geralmente deixa, e com isso, além de expor o conteúdo de uma forma diferenciada, faz os alunos participantes do processo de aprendizagem. (CASTOLDI; POLINARSKI, 2009, p. 685).

Assim, utilizar diferentes recursos didáticos no contexto escolar, é importante

“para que o aluno assimile o conteúdo trabalhado, desenvolvendo sua criatividade,

3 Por subsunçor entende-se por estrutura cognitiva existente, capaz de favorecer novas aprendizagens. (Teoria da

Aprendizagem Significativa-David Ausubel)

coordenação motora e habilidade de manusear objetos diversos que poderão ser

utilizados pelo professor na aplicação de suas aulas” (SOUZA, 2007, pp.112-113).

Nesse sentido o uso de simuladores, como recurso didático, possibilita o

estudo de situações reais, muitas vezes difíceis de serem realizadas ou observadas,

contribuindo para a clareza do conteúdo, que é apresentado de forma dinâmica e

interativa, e resultando assim num provável aprendizado dos conceitos.

Zara (2011) corrobora com os autores supracitados e ratifica que o processo

de ensino aprendizagem no ensino de Física pode ser facilitado por meio do uso de

softwares educacionais, uma vez que estes ajudam a mostrar, por meio de

simulações, a realidade vivida pelos alunos fora da sala de aula. Dessa maneira,

esses conceitos que muitas vezes são abstratos, podem de fato ser apropriados

pelos alunos, ou seja, uma aprendizagem significativa de fato. Para Zara (2011, p.

266):

Existem muitas formas de utilizar a informática educativa no ensino de Ciências, especialmente softwares de simulação que funcionam como verdadeiros laboratórios virtuais e que podem ser de grande valia em sala de aula, principalmente nas escolas que não possuem laboratórios adequados para aulas práticas. No entanto falta ainda compreensão da atual realidade do uso da informática no ensino de Ciências e, em especial, deve-se ter a clareza de que os experimentos virtuais não podem ser substitutos de atividades práticas em laboratório, mas uma ferramenta auxiliar ao ensino.

Deste modo o uso de softwares educacionais como alternativa para a prática

pedagógica, pode ser uma ferramenta útil no processo de ensino e aprendizagem,

na perspectiva de proporcionar uma aprendizagem significativa dos conceitos.

Minimiza riscos e mostra detalhes que não são percebidos em experimentos reais e

que são importantes para a compreensão e reflexão acerca da realidade.

PARTICIPANTES

Os participantes deste projeto foram os alunos do 3ª ano do Ensino Médio do

Centro Estadual de Educação Profissional Professora Maria do Rosário Castaldi, na

cidade de Londrina-PR.

METODOLOGIA

O foco desta intervenção pedagógica objetivou abordar de forma sistemática

acerca dos uso de simuladores como recurso didático para aprendizagem de

circuitos elétricos. A intervenção pedagógica aconteceu em 4 aulas, com início no

mês de setembro e finalizada no final do mês de setembro de 2015. A

implementação ocorreu no Centro de Educação Profissional – Professora Maria do

Rosário Castaldi, no período matutino.

Partindo desse pressuposto, e ancorada no referencial teórico apresentado,

organizou-se um levantamento/diagnóstico acerca dos conhecimentos prévios dos

alunos acerca da importância e se já tinham conhecimento do simulador

educacional. Na sequência foram explanados o conteúdo que seria ministrado com o

auxílio do simulador. Pois, este facilitaria observar alguns fenômenos que não

seriam possíveis com os experimentos, principalmente o fluxo dos elétrons, a

mudança da tensão elétrica e o curto circuito.

Para execução do mesmo foi preparado o projetor e o computador, no qual

contou com a participação de dois alunos, um que estaria executando a

manipulação do simulador e o outro que auxiliaria na projeção. No entanto, se a

lousa digital na escola estivesse disponível para uso, o processo aconteceria de

forma mais profícua; já que com a lousa digital o trabalho seria mais efetivo e

harmônico.

Na sequência, os alunos receberam uma ficha de acompanhamento sobre a

Lei de Ohm. Para tanto foi disponibilizado o site do simulador, já previamente

preparado pelo professor de modo off-line. O mesmo encontra-se online no seguinte

endereço eletrônico http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations.

Figura 1 - Apresenta o índice das simulações interativas do PhET

Fonte: Disponível em < http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations>

Nesta fase da apresentação do simulador – conforme a figura 1 – ocorreram

dúvidas e alguns questionamentos por parte dos alunos, visto que, o instrumento a

ser trabalhado era ignorado por eles. Em virtude disso, foi explanado sobre as várias

possibilidades de utilização do simulador, tais como, na Química e na Matemática.

Cabe destacar que essa ferramenta não substitui os experimentos. Nessa direção,

os alunos perceberam que o simulador não é restrito a área de física, ou seja, há um

leque enorme de possibilidades para a utilização do mesmo.

Figura 2 – Demonstra as simulações Interativas do PhET / Física / Eletricidade, Imãs & Circuitos

Fonte: Disponível em: < http://phet.colorado.edu/pt/simulations/category/physics/electricity-magnets-and-circuits>

Figura 3 – Demonstra a lei de Ohm

Fonte: https://phet.colorado.edu/en/simulation/ohms-law

Diante da demonstração e explicação sobre a Lei de Ohm foi desenvolvida

uma atividade avaliativa, na qual, os alunos deveriam completar a tabela 1,

verificando com isso se possui caráter ôhmico.

Tabela 1 – Demonstra os dados acerca da Voltage, Resistência e Corrente

Tensão (voltage) Resistência (resistence) Corrente (curret)

4,5 V 550 Ω 0,0082 A = 8,2 mA

3,5 V 550 Ω

2,0 V 550 Ω

6,0 V 550 Ω

11,0 V 550 Ω

15,0 V 550 Ω

Fonte: Elaborada pelo autor

A Tabela 1 foi disposta aos alunos para que eles a reproduzissem em seus

cadernos. Nesse interim, aconteciam anotações e explicações, simultaneamente aos

questionamentos e deslumbramentos dos alunos, visto que, ao serem alterados os

valores da tabela, quer sejam, para mais ou para menos, correspondente a tensão

elétrica (voltage), compreenderam a relação entre tensão e corrente elétrica que são

proporcionais, ou seja, ao diminuir o valor da tensão, diminui o valor da corrente

elétrica e ao aumentar o valor da tensão a corrente elétrica também aumenta.

Dessa maneira, foi apresentada aos estudantes que a resistência constante

corresponde a uma relação entre tensão e corrente (R = U/I). Pôde-se perceber

onde a resistência é constante.

Nesse sentido, gerava uma euforia contagiante que mesmo sem solicitação

do professor, os alunos fizeram alterações no valor da resistência elétrica e,

observaram que a alteração se dá na corrente elétrica, e de modo inverso, ou seja,

quando aumenta o valor da resistência o valor da corrente elétrica diminui e quando

diminui o valor da resistência elétrica é o valor da corrente que aumenta e a tensão

não é alterada.

Diante do exposto, o professor fez a seguinte indagação: Um estudante

pretende tomar banho usando um chuveiro elétrico com água mais quente e com o

mesmo volume de água. Então, ele fecha a torneira de água e muda para a posição

quente, pois o mesmo estava na posição morna. Ao fazer isso, o valor da resistência

ficará maior ou menor?

Diante do questionamento acima, obtivemos como resultado, dos 58 alunos

presentes nas duas salas de aula, 32 alunos responderam de forma correta. A

média de acertos na oralidade foi de 55%, na avaliação formativa com os mesmos

alunos o percentual acresceu para 87%, ou seja, 51 dos alunos acertaram questões

que relacionam corrente elétrica e tensão elétrica. Pôde-se perceber que o resultado

foi extremamente profícuo.

Na sequência dos circuitos e na primeira montagem a lâmpada foi ligada com

uma bateria e fios condutores, a fim de observar o fluxo de elétrons e o brilho da

lâmpada. Nessa direção, foi acrescentado o amperímetro com a finalidade de medir

o fluxo de elétrons, em seguida foi acrescentado o voltímetro para medir a tensão

elétrica no circuito.

Após a construção e a realização do circuito feita por um aluno e com a

participação dos demais, um terceiro aluno alterou o valor da tensão da bateria. Em

seguida, os demais anotaram em uma tabela o valor da tensão obtida por meio do

multímetro, o valor da corrente mostrado no amperímetro e a partir dos valores

obtidos calcularam o valor da resistência da lâmpada e, interpretaram o brilho da

lâmpada.

Figura 1 - Sequência de circuitos simples

Fonte: Adaptado de PhET, disponível em: < http://phet.colorado.edu/pt/simulation/legacy/circuit-

construction-kit-dc

Tabela 2: Dados coletados do circuito simples.

Tensão (V)

Corrente (A)

Resistência (Ohm)

Brilho observado na Lâmpada.

Valor inicial 9,00 0,9 Médio

1ª medição 3,0

2ª medição 6,0

3ª medição 12,0

4ª medição 15,0

5ª medição 18,0

Fonte: Elaborada pelo autor

Por fim, os alunos representaram graficamente os valores obtidos da tensão

versus corrente elétrica, onde eles receberam uma ficha com as coordenadas de

Tensão (U) medida em Volts (V) versus corrente elétrica (i) medida em Ampère (A).

E, verificaram se o gráfico formou uma linha reta e comentaram sobre o valor

constante que foi observado por Georg Simon Ohm que, é a característica de um

resistor ôhmico.

Figura 4 - Coordenadas de Tensão versus Corrente para construção do gráfico.

Simultaneamente ao processo de Intervenção pedagógica na escola, ocorreu

o GTR – Grupo de Trabalho em Rede, na qual obtivemos 12 inscritos, sendo destes,

3 nunca acessaram o GTR. Entretanto, as interações e contribuições dos cursistas

acrescentaram muito a continuidade do projeto na escola. No qual, o GTR fechou

com 8 cursistas, infelizmente, tivemos a desistência de um cursista, talvez, em

virtude do fechamento dos módulos acontecer simultaneamente ao fechamento dos

bimestres. No entanto, pode-se dizer que as contribuições foram extremamente

valiosas, pois, foi possível perceber que as novas tecnologias ajudam os alunos na

compreensão dos conteúdos e ressalta a necessidade de formação adequada dos

professores a utilizarem com mais eficiência as novas tecnologias.

Contudo, um dos grandes desafios encontrados ao longo da implementação

foi a reserva do uso do projetor multimídia para uso em sala de aula ou da sala de

informática, para apresentar o simulador, pois a escola não dispunha de muitos

equipamentos, e vários professores o utilizam em suas aulas. Outro obstáculo foi a

não-disponibilidade de computador para usar em sala de aula, no qual o professor

teve que fazer uso do seu computador pessoal, pois a internet é relevante para a

aplicação desta atividade específica, já que é mister utilizar algumas ferramentas

que se encontram online.

No entanto, apesar das dificuldades encontradas houve uma boa interação da

maior parte dos alunos. Observou-se que a maioria dos alunos destacou pontos

positivos em relação aos conhecimentos com o uso do Simulador de Circuitos (DC)

do projeto PhET. O resultado final foi o que se esperava, ou seja, culminando com

uma aprendizagem significativa para os alunos.

SOBRE A APLICAÇÃO DA PROPOSTA

A proposta didática consistiu em apresentar aos alunos algumas atividades da

disciplina de Física, entre elas, eletromagnetismo que faz parte do conteúdo

estruturante de Física do terceiro ano do Ensino Médio. Nessa direção, com o

objetivo de compreender a relevância do conteúdo foi implementada a proposta

didática e a preparação teórica dos assuntos de eletrodinâmica. Nesse sentido,

ocorreu a apresentação do software/simulador e a implementação das simulações

com o acompanhamento do uso do roteiro por meio dos trabalhos realizados pelos

alunos, no qual, o professor analisou e avaliou os dados do roteiro entregue pelos

alunos. Ao aguçar a curiosidade e interesse dos educandos foi aberta uma

discussão para mensurar o aprendizado com a atividade desenvolvida.

A partir desta perspectiva, os alunos foram avaliados por meio da participação

em sala de aula e, também, pela entrega de um relatório escrito, contendo as

tabelas preenchidas durante a aula, além das conclusões obtidas em cada atividade

realizada. Assim, pôde-se perceber que a intervenção atingiu seus objetivos de

forma satisfatória e significativa.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

As mudanças pela qual perpassa a sociedade exigem um sistema

educacional renovado e que andem de forma consonante a esta realidade. Numa

sociedade digital e em permanente transformação, faz-se necessário que o

professor capacite seus alunos com novos desafios. Neste ambiente, educadores e

educandos aprendem a problematizar, conviver com a incerteza e a divergência e

juntos encontrar o caminho.

A tecnologia deve ser parte integrante de uma educação de qualidade, mas

não basta termos recursos e tecnologias de última geração se não conseguirmos

capacitar os alunos para superar o desafio dos recursos disponíveis. É necessário

unir esforços entre professores, pedagogos e especialistas em tecnologias, a fim de

potencializar o seu uso de maneira a contribuir para a efetivação do aprendizado

que tenham o comprometimento de disseminação do uso das tecnologias no

processo de ensino e aprendizagem. Nesse sentido, o aprender não ficará restrito

apenas às salas de aula, mas sim incorporado na realidade do próprio aluno.

Esse processo requer uma mudança de paradigma das Instituições, na forma

de ensinar dos professores, e principalmente, que políticas públicas sejam

implementadas para oportunizar uma educação de qualidade, tecnológica e

significativa ao aluno.

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