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: nadirmainardi@gmail.com 2 Pós-doutora pelo Instituto de Química, professora do curso de Física da Unicentro e orientadora do PDE. tominaga@unicentro.br 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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3

0

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3

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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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A

L

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O

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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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