Protótipo de um Objeto de Aprendizagem de Física Moderna

Protótipo de um Objeto de Aprendizagem de Física
Moderna Baseado em Mapas Conceituais
Dr. Antônio Vanderlei dos Santosa e Estela Muenchen Mentgesb
a
URI – Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões / RS – Campus de Santo Ângelo
Departamento de Ciências Exatas e da Terra
Mestrado em Ensino Científico e Tecnológico
b
Fundação Educacional Machado de Assis, Escola Técnica Machado de Assis – Santa Rosa, RS.
Mestrado em Ensino Científico e Tecnológico – URI, Santo Ângelo, RS.
Abstract. A computação, como ferramenta no ensino e aprendizagem, vem sendo desenvolvida nesse século, com
enormes avanços na área de software, com implementações tanto na área da visualização científica como no
desenvolvimento de cálculos computacionais. A evolução nos conceitos e novos produtos na área de hardware também
trouxe avanços para o ensino, mas nem todos esses produtos estão associados a parte conceituais, tanto do conteúdo a ser
ministrado como da parte do ensino propriamente dito. A discussão presente passa por entender e apresentar uma nova
proposta de ensino-aprendizagem para o Ensino de Física, baseado na aplicação das Metodologias Computacionais,
associadas a Mapas Conceituais e Aprendizagem Significativa. O produto desenvolvido é um protótipo que poderá ser
usado nos laboratórios de informática das escolas como meio de aplicação. O desenvolvimento foi baseado em cima do
que os professores de Física de algumas escolas pesquisadas no interior da região das Missões, Noroeste do Rio Grande
do Sul, Brasil, sugeriram como motivação do uso de software, quanto acessibilidade do software de pessoas que não tem
conhecimento específicos do uso de conceitos de computação, para assim obter um software bastante amigável e fácil de
operação.
Keywords: Mapas Conceituais; Protótipo; Ensino de Física.
INTRODUÇÃO
O ensino de conteúdos da área das Ciências Exatas e da Terra está passando por uma mudança em todos os
aspectos, desde os conteúdos apresentados e sua interação com outras áreas, como o ensino politécnico [1] até sua
forma de apresentação aos alunos, como vídeo-aula, aplicativos para computadores e novos hardwares, como telas
monitoras de alta resolução e arduíno [2]. Esses novos recursos estão se inserindo no contexto educacional, e, pelo
que se observa dentro das escolas, ainda se mostram objeto de polêmica e pouco uso; isso vem ocorrendo por
diversas razões, que começam na falta de treinamento dos professores, e vão até o fator econômico; mas uma das
principais causas é a falta de inovação pedagógica [3] nos sistemas educacionais. Torna-se necessário pensar sobre
algumas disciplinas que, no contexto escolar, parecem ser os principais “bichos papões”, principalmente as cadeiras
de ciências exatas, além, do uso - ou falta dele - de tecnologias para incentivar os alunos.
Uma dessas disciplinas polemizadoras é a disciplina de Física, que costuma sempre ser motivo de problemas aos
docentes, e onde é senso comum entre os alunos que a dificuldade da disciplina é grande. Pesquisadores da
Universidade Federal do Maranhão (2007) [4], em um artigo publicado em um Simpósio da Universidade de São
Paulo - USP constatam que alunos de escola pública conseguem visualizar de forma mais adequada a relação entre a
Física e o cotidiano, mas não possuem ainda a maturidade suficiente para discernir entre os profissionais da Física e
da Educação Física. Também lhes falta certa maturidade científico-tecnológica para o campo da Física,
considerando aqui alunos do Ensino Médio. Neste ponto, chega-se ao questionamento: é viável então a inserção dos
recursos tecnológicos dentro das salas de aula de Física do Ensino Médio? E em caso de afirmativa, de que forma
essa inserção pode ser feita? E é aqui que entra o uso do computador na educação, especificamente de Física. Ele
pode facilitar aos alunos a visualização de fenômenos físicos que talvez não tenham outra maneira de visualizar.
MAPAS CONCEITUAIS E A FÍSICA
A UFRGS (2012) [7] define que Mapas Conceituais são representações gráficas semelhantes a diagramas, que
indicam relações entre conceitos ligados por palavras. Eles representam uma estrutura que vai desde os conceitos
2
mais abrangentes até os menos inclusivos. Segundo Tavares (2007, p. 75) [8], existe uma comprovação empírica que
os aprendizes têm mais facilidade de localizar conceitos a partir da visualização oferecida pelos mapas conceituais,
facilitando a utilização dos mesmos como guias de aprendizagem.
Mesmo que a abordagem dos mapas conceituais esteja embasada em uma teoria construtivista, que entende a
construção do conhecimento e significados a partir da sua predisposição para realizar esta construção, algumas
observações podem ser feitas sobre esse tema, como a questão da avaliação, que compreende o resultado como certo
ou errado, o que não pode ser rigorosamente desenhado a partir da aplicação do conceito de certo ou errado no caso
dos mapas conceituais. Afinal, entende-se que um mapa montado a partir da base conceitual de um aluno pode estar
correto conforme a sua estrutura cognitiva, que, em geral, não é a mesma estrutura obtida a partir daquela que o
professor (a) tem a partir de sua aprendizagem.
Pensando nisso, e a partir de uma solicitação de um professor, um grupo de alunos do curso de Física da
Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – URI, Campus de Santo Ângelo, montou alguns
Mapas Conceituais sobre conceitos de Física Moderna, usando um software chamado CMAP Tools, que é genérico
e pode ser aplicado para diversas áreas, bastando, para tanto, o conhecimento básico do uso da ferramenta. Um dos
mapas obtidos é mostrado na figura a seguir:
FIGURA 1. Mapa Conceitual sobre Teoria da Relatividade obtido de alunos do Curso de Química Industrial– URI, Campus de
Santo Ângelo.
Veja que no Mapa Conceitual acima, o aluno elaborou um esquema onde especifica bem os conteúdos da Teoria
da Relatividade de Einstein, chegando até a explicação dos dois postulados formulados pelo físico. Através deste
Mapa, pode-se concluir que o aluno compreendeu que a teoria em estudo foi baseada em dois postulados, mas não
demonstra ter compreendido a questão da relação dos referenciais que embasam a teoria com o espaço e o tempo,
uma vez que a ligação de espaço e tempo está individualizada diretamente com o nome do conceito. Essa relação
entre Mapas Conceituais e Física não é de agora [6, 9]. Já existem outras pesquisas feitas sobre esse tema, mas a
aplicação de Mapas Conceituais ainda é pouco usada das salas de aula.
ENGENHARIA DE SOFTWARE1 - AURORA
Basicamente, a proposta a ser defendida, com base na idéia de Mapas Conceituais no Ensino de Física é simples:
pretendeu-se criar um protótipo que mostrasse um Mapa Conceitual Padrão, comparado com um Mapa Conceitual
gerado a partir das respostas obtidas dos alunos. Por conseqüência, não há muito o que armazenar de informações, a
não ser a resposta dos alunos às questões pré-definidas pelo sistema.
1
PRESSMAN, Roger. Engenharia de Software: uma abordagem profissional. 7ª ed. McGraw-Hill, 2011
3
Pensou-se em criar um banco de dados de questões, sem, no entanto, dar aos alunos estudantes todas as questões
para resposta. Tencionou-se pedir a resposta de algumas poucas questões por vez, de forma aleatória, construindo
assim o Mapa Conceitual do aluno. E embora o foco seja a integração da Física com Mapas Conceituais, o principal
debate será levar um novo olhar para o ensino de Física mediado por computador.
Mas, voltando ao protótipo, a estrutura inicial que se propõe para a construção dele é a estrutura visualizada na
figura a seguir:
FIGURA 2. Diagrama de Fluxo de Dados – DFD de Contexto – Aurora
O Diagrama de Fluxo de Dados – DFD acima representa, de forma contextual, a estrutura do Aurora. Esta
estrutura está em fase de testes, podendo ainda ser modificada. Baseando-se nos resultados já conseguidos, ela não
deverá se modificar sensivelmente. Sendo assim, podemos tecer algumas considerações sobre a DFD:
- O conteúdo do objeto já está pré-determinado. Posteriormente, as atualizações serão feitas através de arquivos
para download, à semelhança dos sistemas antivírus. Ele mantém um banco de dados, mas este banco de dados de
conteúdo não pode ser modificado pelo usuário, somente pelo desenvolvedor;
- O aluno visualiza o conteúdo, estuda-o, e responde às questões propostas pelo professor, inseridas
anteriormente, e com base no conteúdo previamente cadastrado. No mesmo sistema, o professor pode conferir o
desempenho do aluno, mas não através de uma nota, e sim da exibição do Mapa Conceitual do Aluno, comparado
com o Mapa Conceitual padrão, previamente cadastrado pelos desenvolvedores do objeto de aprendizagem;
- O conteúdo cadastrado no sistema está disponível através de um arquivo .pdf, permitindo assim o estudo dos
conteúdos de forma impressa para aqueles alunos que assim o desejarem, e também para facilitar o
acompanhamento dos conteúdos em casa por parte daqueles alunos que ainda não possuam computador em casa.
A proposta inicial é a de que o protótipo seja desenvolvido como um aplicativo através de um instalador que
poderá ser executado em qualquer computador que se utilize da plataforma Windows. A idéia é a de que,
futuramente, seja adaptado para Web, podendo então ser executado através de navegadores como o Mozilla Firefox
e o Google Chrome, e independente de plataforma de Sistema Operacional.
A partir disso, observa-se que o software em si seria de simples desenvolvimento, e de fácil manuseio.
Entretanto, como já observado anteriormente, a integração dos conceitos de Mapas Conceituais com o Ensino de
Física, apesar de não ser um estudo inédito, ainda é uma área pouco explorada dentro da Engenharia de Software,
bem como a própria Física, deixando aí um nicho de mercado a ser explorado dentro do contexto educacional.
APRESENTAÇÃO DO SOFTWARE ALGUMAS TELAS
Como se está falando de um protótipo de software, e sabendo que os softwares são compostos de várias telas,
mostra-se a seguir algumas das telas criadas durante o desenvolvimento do protótipo:
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FIGURA 3. Tela Principal do Aurora
A idéia é que a tela principal preencha todo a área de trabalho, pois assim a atenção do estudante permanece
voltada para o estudo, sem tempo / chance para que ele tenha a “tentação” de acessar bate-papos ou redes sociais,
tão comuns para a faixa etária a que se destina o protótipo (Ensino Médio).
FIGURA 4. Tela de Conteúdos
Os conteúdos são apresentados de forma simples, sem grandes enfeites ou animações no início. Com a aplicação
do protótipo os conteúdos, e também os exercícios a serem feitos pelos alunos, serão transformados em animações
personalizadas, usando para isso os recursos da Web.
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FIGURA 5. Tela de Divisão de Conteúdos
Para facilitar ao aluno encontrar os conteúdos e exercícios aos quais deseja dar atenção, uma das telas é a tela de
Divisão de Conteúdos, onde através de botões os alunos podem clicar e estudar separadamente cada conteúdo,
identificado no nome dos botões, e essa tela vai ser criada para todos os tópicos abordados no protótipo (Mecânica
Quântica e Partículas Elementares, além da exibida acima, Teoria da Relatividade)2.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Partindo de tudo o que já foi exposto até aqui, existem algumas considerações que podem ser tecidas:
- Os professores de Física das escolas visitadas para dar base ao protótipo3 pouco usam os laboratórios de
informática, e isso se dá por 02 principais motivos: desconhecimento de softwares da área em estudo e falta de
conhecimento técnico na área da informática. Eles dão prioridade ao uso de pesquisas na Internet, e esse tipo de uso
não é feito apenas pelos professores de Física, e sim por quase todos os professores das escolas visitadas;
- O contexto do uso de Mapas Conceituais dentro das escolas visitadas é quase que totalmente desconhecido. As
expressões de estranheza ao se mencionar o uso de Mapas Conceituais na Física foram inúmeras, e maiores ainda
foram as expressões de estranheza quando mencionado o uso dos mapas em concomitância ao laboratório de
informática das escolas.
Pode-se então concluir que, além de desconhecido da maioria dos professores, o uso de Mapas Conceituais é
ainda pouco conhecido na própria área de desenvolvimento de software. Pesquisas feitas para encontrar trabalhos
correlatos poucos resultados trouxeram, e resultados ainda experimentais, tal qual este aqui apresentado. Entretanto,
apesar do diagnóstico pouco favorável, o resultado parece ser promissor: os professores demonstraram interesse na
área, e também no protótipo depois de pronto.
Sob o ponto de vista técnico, a análise do software pede uma linguagem orientada a objeto, pois esta permite o
reuso de código-fonte, o encapsulamento de informações e também para a migração posterior do software para online, como já mencionado anteriormente. Considera-se que a melhor opção será o modelo baseado em protótipo,
pois, apesar da baixa flexibilidade do protótipo, em se tratando de adaptações enquanto em desenvolvimento,
permite múltiplas linhas de pesquisa, durante este mesmo período, e também reduz o custo do desenvolvimento, pois
2
No momento do envio deste trabalho, as telas de exibição do Mapa Conceitual Padrão e do Mapa Conceitual do Aluno estavam causando erros
de acesso à memória, motivo pelo qual não foi possível mostrá-las aqui neste item.
3
Esta pesquisa dará origem a uma dissertação de mestrado que está em fase de conclusão pela Universidade Regional do Alto Uruguai e das
Missões – Campus de Santo Ângelo, e os dados foram usados com autorização dos autores da pesquisa.
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traz ao desenvolvedor de forma mais rápida o feedback de seu trabalho. Além disso, a prototipagem pode ser
mesclada com o ciclo de vida evolutivo, o que permite as chamadas “atualizações do software”, que, como já
mencionado, serão, posteriormente, feitas para o uso on-line do objeto.
Ainda cabe aqui uma pequena consideração sobre a avaliação do desempenho do aluno, enquanto usuário e
criador de um Mapa Conceitual. É impossível definir um contexto de certo ou errado, uma vez que o mapa
composto pelo aluno irá representar a sua concepção dos conteúdos estudados e conhecimentos adquiridos. É
possível, no entanto, criar um Mapa Padrão, baseando este nos contextos já aceitos pela comunidade científica
internacional, e compará-lo com o Mapa criado pelo aluno. De posse de ambos pode-se fazer uma análise
comparativa, análise esta que se espera que traga uma luz sobre a forma como o aluno compreende os conteúdos
estudados e, assim, dar ao professor uma nova visão de quais os pontos deve reforçar na sua prática docente.
REFERÊNCIAS
1. RIO GRANDE DO SUL. Secretaria da Educação. Proposta Pedagógica para o Ensino Médio Politécnico e Educação
Profissional Integrada ao Ensino Médio 2011-2014. Disponível em < http://www.educacao.rs.gov.br/dados/
ens_med_proposta.pdf > Acesso em 30 abr. 2013.
2. CAVALCANTE, M. A. TAVOLARO, C. R. C. MOLISANI, E. (2011) Física com Arduíno para Iniciantes (Physics with
Arduino for Beginners). Grupo de Pesquisa em Ensino de Física, Pontifícia Universidade Católica, São Paulo, SP, Brasil. Revista
Brasileira em Ensino de Física, v. 33, n. 4, 4503. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil. Recebido
em 13/5/2011; Aceito em 21/10/2011; Publicado em 5/12/2011.
3. SANTOS, A. V. MENTGES, E. M. (2012). Criação de Objetos de Aprendizagem em Software Livre: Possibilidades de um
Treinamento para Professores. I Seminário Nacional de Inclusão Digital – SENID, Passo Fundo / RS.
4. MENDES, R. M. B. MENDES, G. M. F. MACEDO FILHO, R. B. PASCHOAL, C. W. A. (2007) Dificuldades dos Alunos do
Ensino Médio com a Física e os Físicos. Departamento de Física. Universidade Federal do Maranhão. In: XVII Simpósio
Nacional de Ensino de Física, USP.
5. SANTOS, A. V. (2002) Sistema de Realidade Virtual para Simulação e Visualização de Cargas Pontuais Discretas e seu
Campo Elétrico. Revista Brasileira de Ensino de Física, Brasil, v. 24, p. 185-195.
6. MOREIRA, M. A. Mapas Conceituais e Aprendizagem Significativa. Instituto de Física da UFRGS. Disponível em <
http://www.if.ufrgs.br/~moreira/mapasport.pdf > Acesso em 10 jun. 2013.
7. UFRGS. (2012). Mapas Conceituais. Definições. Disponível em < http://penta2.ufrgs.br/edutools/mapasconceituais/
defmapasconceituais.html > Acesso em 30 ao. 2012.
8. TAVARES, R. (2007) Construindo Mapas Conceituais. Artigo Científico. Revista Ciência & Cognição 2007. Vol. 12. P. 7285. Disponível em < http://cienciasecognicao.tempsite.ws/ revista/index.php/cec/article/view/641/423 > Acesso em 30 nov. 2012.
9 LUNA, E. M. DANTAS, R. S. (2012). Mapas Conceituais no Ensino de Física como Instrumento Facilitador da
Aprendizagem de Conteúdos. Universidade Regional do Cariri – URCA. Caderno de Cultura e Ciência, Ano VII, v.11, n.1, Dez,
2012. ISSN 1980-5861.
10 PRESSMAN, R. (2011). Engenharia de Software: uma abordagem profissional. 7ª ed. McGraw-Hill.